Загрязнение природных водных объектов

Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ. Установлено, что более 400 видов веществ могут вызвать загрязнение вод. Наиболее распространенные загрязняющие гидросферу России вещества можно свести в 10 укрупненных групп.

1. Бытовые стоки, содержащие легкоразложимую мертвую органику (прежде всего, фекалии). Они представляют собой не утилизируемые в быту, образующиеся в результате амортизации предметов быта и самой жизни людей вещества, сливаемые в канализацию вместе со стоками (включая бани, прачечные, больницы, бытовые помещения предприятий, рестораны, кафе и т.п.). Территориально распределение бытовых стоков в любой стране совпадает с расселением населения. Существенный вклад бытовые стоки дают в показатели загрязненности по БПК («биологическое потребление кислорода» – показывает количество легко окисляемых бактериями и другими живыми организмами органических веществ), фосфатам, соединениям азота, бактериального загрязнения – дрожжевые и плесневые грибы, фитопланктон, патогенные бактерии (дизентерия, тиф, холера).

2. Моющие средства (детергенты, или синтетические поверхностно-активные вещества – СПАВ) – очень токсичные и невосприимчивые к процессам биологического разложения соединения. Концентрация этих веществ в сточных водах, как правило, составляет 5-15 мг/л. В водоемы обычно попадает до 50-60% их начального количества. Плохо поддаваясь очистке, моющие средства образуют в водоемах толстый слой пены, губительно действуя на органический мир гидросферы, и посредством различных трофических цепей попадают в организм человека. Поскольку детергенты тесно связаны с бытовыми стоками, они распространены повсеместно в России, в местах концентрации населения.

3. Пестициды и гербициды – вещества, используемые для уничтожения нежелательных травянистых (иногда кустарниковых и древесных) растений, а также насекомых и т.п. Группа чрезвычайно токсичных загрязнителей, в состав которых входят хлорорганические, фосфорорганические, ртутные и прочие металлосодержащие соединения. В свою очередь каждое из них состоит из десятков и сотен других более мелких фракций, отрицательно влияющих на экосистемы любого уровня и здоровье человека. Повышенная концентрация пестицидов и гербицидов наблюдается в водоемах главных земледельческих районов России (Северного Кавказа, Центрально-Черноземного района, Поволжья, Южного Урала и др.).

4. Компоненты нефти и нефтепродуктов (углеводороды), поступающие в результате естественных выходов нефти и нефтепродуктов в районах залегания, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья (1т нефти загрязняет акваторию площадью примерно 12 км²). Нефтью и нефтепродуктами загрязнены обширные пространства в Западной Сибири, Татарстане, Башкортостане, Республике Коми, территории, прилегающие к нефтеперерабатывающим комплексам и просто к складам горючего, заправочным станциям, гаражам и т.п. Большой вклад вносит транспортное загрязнение воды нефтепродуктами (водный транспорт – непосредственно, наземный транспорт – через загрязнение нефтепродуктами почво-грунтов, с которых поверхностные талые и дождевые стоки смывают нефтепродукты в водные объекты).

Простейшими очистными сооружениями сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, являются нефтеловушки. В них загрязненная вода, например, ливневые и иные поверхностные стоки с промышленных территорий попадает в специальные емкости. В их нижней части есть приемное отделение, в котором оседают взвешенные вещества (песок, и т.п.). В верхней части нефтеловушек за счет разницы в плотности или за счет применения флотации (барботирования пузырьков воздуха через слой воды) скапливается вода с большим содержанием нефтепродуктов (в т.ч. в виде пены). Эта вода с повышенным содержанием нефтепродуктов отводится через специальный слив, расположенный в верхней части резервуара, и направляется на повторную очистку и/или иные виды переработки. Основная часть воды, более или менее очищенная от нефтепродуктов в зависимости от содержания остаточных количеств нефтепродуктов либо сбрасывается в природные водные объекты, либо направляется на дополнительную очистку в биологических очистных сооружениях, прудах-отстойниках и т.д.

5. Группа, содержащая многочисленные вещества неорганического происхождения. Это кислоты и щелочи, аммиак и сульфаты, цианиды, взвешенные вещества, представляющие собой песок, глинистые и рудные частицы, шлаки, минеральные масла, соединения тяжелых металлов (кадмий, кобальт, хром, свинец, ртуть, медь, мышьяк, бериллий, ванадий, селен и др.). Сюда же относятся неорганические биогены сельскохозяйственного происхождения – связанные азот и фосфор, аммиак и т.п. Подобными веществами в той или иной мере загрязнены практически все водные бассейны, но особенно Волга с притоками, водоемы Урала, Обь с притоками и т.д.

Промышленные сточные воды (за исключением содержащих биогенные соединения) трудно поддаются очистке. Помимо организованного сброса сточных вод существует неорганизованные стоки с территорий, прилегающих к промышленным предприятиям. В промышленных зонах на каждый квадратный километр поверхности с атмосферными осадками выпадает около 20-30 тонн растворенных и адсорбированных в них веществ, которые этими же дождевыми и снеговыми талыми водами смываются в водоемы. В промышленных районах даже грунтовые воды не всегда годятся для хозяйственных нужд, полива и т.п.

Сельскохозяйственное загрязнение основано на применение ядохимикатов и удобрений. В результате загрязняются грунтовые и поверхностные воды (особенно это опасно в колодцах и родниках). Насыщение воды фосфором и азотом ведет к евтрофикации водоемов. Особенно токсичными считаются стоки с силосохранилищ и свиноферм (в некоторых странах, например, в Голландии, при обнаружении таких стоков в естественные водоемы происходит конфискация ферм).

6. Продукты органической химии (сероуглерод, фенолы, этиловый и метиловый спирты, некоторые кислоты и т.д.), составляющие органическую часть стоков химических и целлюлозно-бумажных комбинатов, животноводческих комплексов, коммунальных сточных вод, стоков скотобоен; пищевой промышленности, кожевенных производств и т.д. В значительной мере ими создаются проблемы загрязнения Волги, Камы, Северной Двины, рек Урала, Ладоги, Байкала и т.д.

Целлюлозно-бумажные отходы и молевой сплав леса, при которых происходит окисление кислородом, растворенным в воде, древесины с образованием нерастворимых в воде веществ, делают эту воду непригодной для обитания рыб и водопотребления, а также придают ей неприятный вкус и запах.

7. Особую группу образуют радиоактивные вещества (радионуклиды). Данный тип загрязнений первоначально появился в связи со сливами радиоактивных отходов с ядерных установок и испытаниями ядерного оружия под водой и в атмосфере. Если не считать колоссальных масштабов загрязнения Арктических вод, последствия радиационных катастроф и инцидентов наиболее ярко дают о себе знать в водоемах Урала, Мурманской, Брянской и других областей России.

Источниками радиоактивных загрязнений являются заводы по переработке урановой руды, по производству приборов с урановыми наполнителями. АЭС и другие ядерные установки (например, реакторы судов) загрязняют воду от установок охлаждения, утечками из накопителей и отстойников.

Особняком стоят проблемы аварий (Чернобыль, «Курск», «Комсомолец»), испытаний (в том числе – военных) и боевых действий. Так, Чернобыльский реактор выбросил 3,5 тысячи тонн радиоактивных веществ (что эквивалентно 360 бомбам, сброшенным на Хиросиму) и большая их часть попала в реку Припять и окружающие водоемы. А производство ядерных боеприпасов в Челябинске-70 на предприятии «Маяк», сопровождавшееся массой аварийных утечек, привело к потере таких водоемов, как река Теча и озеро Карачай (см. далее, § 22).

Специфическая особенность радиоактивных веществ состоит в их способности накапливаться в водных живых организмах, причем их концентрация в печени и почках может превышать таковую в мускулах до 3000 раз.

8. Твердые отходы, обыкновенный мусор. Этот тип гидросферного загрязнения зачастую не представляет опасности для живых организмов, но препятствует естественным гидрологическим процессам, затрудняет судоходство (особенно топляк), портит ландшафт. Наиболее загрязнены молевым сплавом реки бассейна Северной Двины (Пинега, Пукса, Юрас, Пелыпма и десятки других).

9. Отходы тепловых электростанций всех типов, с которыми связывается так называемое тепловое загрязнение водоемов. Разница в температуре обусловливает ряд нежелательных изменений в водной среде в зоне сброса. Территориально этот тип загрязнений тяготеет к местам расположения соответствующих электростанций.

Сточные воды с ТЭЦ, АЭС и других предприятий, имеющие температуру на 8 – 10 градусов выше естественной для данной местности, при этом увеличивается влияние и без того содержащихся в воде токсичности примесей, уменьшается содержание кислорода в воде, представители флоры и фауны гибнут и, разлагаясь, усугубляют состояние природной воды. Аэробные экосистемы при этом в большей или меньшей степени замещаются анаэробными, в которых преобладают гнилостные процессы разложения органики.

10. Специфический тип гидросферного загрязнения создают отходы драгирования дна водоемов в связи с добычей в руслах рек полезных ископаемых, прежде всего золота. «Перелопачивание» песчано-гравийных материалов ухудшает кормовую базу ихтиофауны и нередко ведет к ее гибели.

Загрязнение поверхностных вод России было и остается недопустимо высоким. Объем сброса сточных вод составляет более 55 км³.

Главными источниками сброса сточных вод в стране являются предприятия черной и цветной металлургии, нефтехимической, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности, а также объекты аграрного сектора и коммунально-бытового хозяйства. При этом, например, для выплавки 1 т чугуна и переработки его в сталь и прокат в России расходуется около 300 м³ воды, для изготовления 1 т алюминия – 1500 м³, меди – 500 м³, 1 т бумаги – 900 м³, синтетического каучука – 2100-3500 м³, искусственного волокна – 4000 м³ – это заметно больше, чем в западноевропейских странах и Японии.

Таким образом, ведущая роль российской индустрии в загрязнении водной среды не вызывает сомнений.

Сильному антропогенному загрязнению подвержены как воды Европейской России, так и Азиатской. Наибольшее количество загрязненных сточных вод в России сбрасывается в реки бассейна Волги и Камы. Они составляют около 40% от общего объема сточных вод России. Действующие очистные сооружения обеспечивают эффективную очистку лишь 8% объема загрязненных вод. В результате в водные бассейны и водоемы Поволжья и Центральной России сбрасывается около 3 тыс. т нефтепродуктов, около 250 тыс. т взвешенных ве­ществ, свыше миллиона тонн сульфатов, более 100 тыс. т органических веществ и т. д. Но, тем не менее, Волга еще жива, хотя ее экосистемы сильно нарушены. Это объясняется рядом обстоятельств. Прежде всего, следует отметить, что весной по реке прокатываются огромные потоки талой воды, насыщенной кислородом и рядом активных веществ. Эта вода промывает русло. Весной происходит значительная смена водных масс в реке. Кроме того, на реке и ее притоках построены крупные водохранилища. За несколько десятилетий своего существования они прошли определенные стадии развития, в них сформировались специфические сообщества организмов, приспособленных к повышенным концентрациям загрязняющих веществ и в какой-то мере эти водохранилища играют своеобразную роль биологических очистных сооружений в отношении ниже расположенных участков рек.

Из водотоков бассейна Каспийского моря очень напряженная обстановка сложилась в бассейне реки Терек, загрязненной соединениями меди, цинка, аммонийным и нитритным азотом, нефтепродуктами. В водах реки Урал также отмечаются повышенные концентрации аммонийного и нитритного азота, сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, соединений железа (при этом наиболее загрязнены участки реки в районе Орска и Оренбурга).

В бассейне Баренцева и Белого морей воды Северной Двины постоянно загрязняются нефтепродуктами, медью, соединениями азота, а также специфическими для стоков целлюлозно-бумажной промышленности веществами – лигносульфонатами, формальдегидами, метанолом. Отмечается очень высокая загрязненность малых рек Кольского полуострова, где среднегодовые концентрации соединений меди и никеля в водах рек Нюдуай и Колос-Йоки превышают ПДК в десятки и сотни раз.

В бассейне соседнего Карского моря река Обь (с притоками) на всем протяжении от истока до устья загрязнена нефтепродуктами. Енисей в створах ниже Красноярска засорен лигносульфонатами, органическими кислотами. Братское и Усть-Илимское водохранилища предприятиями черной металлургии и крупными энергетическими объектами (ТЭС и ТЭЦ на твердом топливе).

Наиболее крупные реки России текут на север. Находящиеся на их берегах города и промышленные предприятия располагаются преимущественно в верховьях сибирских рек на юге страны. Их сточные воды проходят тысячи километров по речным руслам, прежде чем они достигнут вод Северного Ледовитого океана. На этом длинном и долгом пути загрязняющие вещества оказываются в значительной степени нейтрализованными естественными процессами в руслах рек. К тому же массы воды, стекающие по этим рекам, очень велики и более чем достаточны для разбавления сточных вод до экологически допустимых пределов.

Большая часть сточных вод России нейтрализуется в пределах собственных границ. Но небольшая часть поступает на территорию Белоруссии, Украины и Казахстана, из которых Россия получает в полтора раза больше загрязненных вод. Украина сбрасывает их посредством Северского Донца. Казахстан использует для сплава нечистот Иртыш и его притоки.

Около 70% рек и озер России утратили свои качества как источники питьевого водоснабжения. Согласно официальным данным информационно-аналитического центра Госкомсанэпиднадзора РФ, в середине 90-гг. около половины населения страны вынуждено было использовать для питания воду, не соответствующую гигиеническим нормам и требованиям Государственного стандарта. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов с высоким уровнем загрязненности воды (более 10 ПДК) и числа случаев экстремально высокого содержания (свыше 100 ПДК) загрязняющих веществ в водных объектах, см. рисунок 18.2 [1].

Рис. 18.1. Качество поверхностных вод. Максимальные уровни превышения ПДК (по любому из наблюдаемых компонентов) в 1991 году (раз)

Состояние водных источников (поверхностных и подземных) и систем централизованного водоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (Архангельской, Ульяновской, Кировской, Владимирской, Нижегородской областях, в Санкт-Петербурге, а также в Республике Калмыкия, Республике Татарстан) это состояние достигло опасного уровня для здоровья населения.

Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в водоисточники с поверхностным и ливневым стоком с территорий: санитарно неблагоустроенных населенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в период, весеннего паводка, ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах. В связи с^: этим проводится гиперхлорирование питьевой воды, что, однако, небезопасно для здоровья населения в связи с образованием хлорорганических соединений.

Качество питьевой воды, подаваемой населению, в целом по России характеризуется следующими показателями: до 22 % исследованных проб не отвечает гигиеническим требованиям по санитарно-химическим и до 12 % – по микробиологическим показателям. Около 1/3 населения использует для питья воду из децентрализованных источников. Анализ воды таких источников показывает, что до 28 % проб из числа исследованных не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим и до 30 % – по бактериологическим показателям. В целом около 50% населения России продолжает использовать для питья воду, не соответствующую гигиеническим требованиям по различным показателям качества. Особенно тяжелое положение за последнее десятилетие отмечалось Архангельской, Курской, Томской, Ярославской, Калужской, Калининградской областях, Приморском крае, Калмыкии, Дагестане, Карачаево-Черкесии.

Тревожным является тот факт, что 21,7% коммунальных и 20,1% ведомственных водопроводов в 2000 г. подавали населению воду без обеззараживания из-за отсутствия специальных установок. Это создает благоприятные условия для возникновения эпидемий. Так, в 2000 г. 4,3% проб питьевой воды фиксировали реальную эпидемическую опасность, поскольку показатель бактериального загрязнения в них в 20 и более раз превышал безопасный гигиенический норматив.

В Калужской, Смоленской, Курской, Саратовской, Калининградской и Читинской областях от 31 до 64% источников питьевого водоснабжения не имеют зон санитарной охраны.

Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. Наибольшую опасность представляет загрязнение подземных вод на водозабо­рах хозяйственно-питьевого водоснабжения, которое отмечено примерно на 500 водозаборах. Основная их часть находится в Самарской, Пензенской, Оренбургской и Свердловской областях, в Хабаровском крае, Республике Коми и Удмуртской Республике.

Ухудшение качества подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения, отмечено в 60 городах. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.

В России для хозяйственно-питьевого, производственно-тех­нического водоснабжения и орошения земель разведано 3196 месторождений подземных вод и их участков, эксплуатационные запасы которых составляют 26,7 км³/год. Из этого количества около 18,2 км³/год подготовлено для промышленного освоения. Степень освоения запасов в среднем по РФ не превышает 33%.

В 2000г. было использовано 11,9 км³ подземных вод, в том числе на хозяйственно-питьевое водоснабжение – 75%, на производственно-технические цели – 21, на орошение земель и обводнение пастбищ – 4%.

Подземные воды (особенно верхних, неглубоко залегающих, водоносных горизонтов) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека. По данным производственных геологических организаций Роскомнедра, выявлено около 760 очагов загрязнения подземных вод, из которых загрязнение носит устойчивый характер и наблюдается на протяжении ряда лет. В их число входят 70 питьевых водозаборов, расположенных в Уфе, Туле, Орле, Тамбове, Каменск-Шахтинском и других, где отмечено ухудшение качества воды. На 320 очагах загрязнение связано с деятельностью промышленных предприятий.

Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шламонакопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, неканализированных населенных пунктов. Происходит ухудшение качества воды в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров.

Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Для 30% выявленных участков загрязнения подземных вод интенсивность загрязнения изменяется в пределах 10-100 ПДК, для 12% превышает 100 ПДК по тому или иному веществу.

Перечень веществ, контролируемых в подземных водах, не регламентирован, поэтому нельзя составить точную картину о загрязнении подземных вод.

Источники загрязнения гидросферы:

1. Сточные воды промышленных предприятий объемом несколько миллиардов кубических метров в год. При разработке пластовых месторождений в нашей стране каждый год образуется около 2,5 млрд. км³ дренажных шахтных и шламовых вод, которые загрязнены хлористыми и сульфатными соединениями, соединениями железа и меди, не годятся даже в качестве технической воды и перед сбросом должны быть очищены.

2. Городские сточные воды; содержат растворимые органические вещества, микроорганизмы, взвешенные частицы и песок. Всего в стране за год образуются 100 км³ таких вод.

3. Канализационные воды животноводческих хозяйств.

4. Дождевые и талые воды с растворенными химическими веществами, образующиеся в городах и на полях сельскохозяйственных угодий.

5. Водный транспорт.

6. Естественные осадки из атмосферы.

Качество поверхностных водных объектов определяется рядом факторов:

1) объемом сброса и качеством загрязненных сточных вод;

2) объемом расхода воды водного объекта, принимающего сточные воды, так как этот показатель характеризует степень разбавления сточных вод. Разбавление сточных вод – это самый дешевый способ их очистки, поэтому промышленные предприятия стараются сбрасывать свои промышленные сточные воды в коллекторы жилищно-коммунальных сточных вод, а на выпусках очистных сооружений с недостаточно очищенными сточными водами создают усреднители и рассеивающие выпуски (например, ОАО Химпром, расположенный на р.Волга в г. Новочебоксарске, Волжкий ЦБК в Марийской Республике);

3) качеством воды водного объекта, принимающего сточные воды, так как природные воды, характеризующиеся чистыми водами, имеют специфические экосистемы, не приспособленные к резким изменениям качества среды, напротив, водные объекты, содержащие большие количества растворенных и взвешенных веществ естественного происхождения (например, протекающие в высокоэродированных районах) содержат развитые системы фито- и зоопланктона, фито- и зообентоса, приспособленные к поглощению больших количеств органических загрязнителей. Кроме того, уровень загрязнения чистых вод даже при небольшом количестве поступающих сточных вод изменяется многократно, а при существенном исходном содержании ЗВ в воде, добавление ЗВ со сточными водами изменяет кратность загрязнения не столь значительно;

4) природно-климатическими особенностями: температура воды, уровень солнечной инсоляции, фильтрующие свойства ложа реки, гидродинамический режим и наличие зон аэрации и зон накопления и оседания и т.п.

Например, карта районирования России по чувствительности поверхностных вод к загрязнению нефтью включает ареалы:

- чрезвычайно чувствительных вод к северу от дуги Архангельская область – Якутск – северо-восточная оконечность РФ, за исключением плато Путоран, участка Полярного Урала,

- высокочувствительные на остальной территории азиатской части России,

- умеренно чувствительные на ЕТР, за исключением северных территорий Архангельской области, Мурманской области, отнесенным к весьма чувствительным;

- малочувствительными считаются отдельные участки Северного и Среднего Урала.(предложить студентам объяснить почему – турбулентность, свойства грунта, скорость течения, водообильность, состояние биоты и т.п.)

По категориям загрязненности природные водные объекты подразделяются на:

- относительно чистые – их бассейны характеризуются большой залесенностью, отсутствием крупных промышленных предприятий, регулярного судоходства и молевого сплава;

- умеренно загрязненные – имеют признаки эвтрофирования, они пригодны как для промышленного, так и для питьевого водоснабжения;

- загрязненные – содержат повышенные концентрации вредных веществ, неблагоприятны для рыбоводства, для питьевого водоснабжения использование воды ограниченно и допустимо лишь для некоторых видов промышленного использования;

- грязные и чрезвычайно грязные водные объекты, в которых полностью подавляется самоочищающая способность рек.

Мероприятия по охране водных ресурсов традиционно включают:

- строительство очистных сооружений коммунальных сточных вод, как правило, это биологические очистные сооружения (БОС), в отдельных случаях – поля фильтрации, биологические пруды, как примитивные БОС;

- строительство локальных очистных сооружений промышленных сточных вод, с использованием физических, химических (реагентных) и электрохимических методов очистки;

- противоэрозионные мероприятия – в связи со значительным уровнем загрязнения водных объектов поверхностным неорганизованным стоком (территории сельскохозяйственных угодий, промышленные площадки селитебных территорий). По общераспространенным ЗВ уровень загрязнения неорганизованным стоком многократно превышает организованный сток.

- создание прибрежных и водоохранных полос водных объектов (определение этих полос, режим землепользования на этих объектах).

Значительная часть регионов и городов ЕТР в настоящее время лишена источников относительно чистых вод для хозяйственно-питьевого и промышленного назначения, в частности ряд крупных городов на берегу р. Волга.

Это заставляет строить станции водоподготовки воды на водозаборах со сложной системой очистки, предусматривающей следующие этапы:

- системы решеток для крупного мусора и рыбы;

- фильтрация через песчано-гравийные фильтры;

- хлорирование в целях обеззараживания;

- обработка коагулянтами (солями алюминия), которые вызывают образование хлопьев из растворенных органических веществ, с которыми увлекаются в осадок и некоторые другие загрязнители;

- повторная фильтрация через песчано-гравийные фильтры;

- повторное хлорирование условно очищенной воды.

Поскольку часть растворенных в воде веществ проходит через все стадии очистки, двукратное хлорирование приводит к образованию хлорорганических соединений, что увеличивает токсичность оставшихся соединений на порядок (примерно в 10 раз). Не случайно некоторые зарубежные медицинские исследования показывают увеличение раковых заболеваний мочеполовых органов у населения, обеспеченного централизованным водоснабжением (т.е. хлорированной водой) на 30% по сравнению с населением, обеспеченным децентрализованными источниками.

Дата добавления: 2014-11-29