Основные источники загрязнения вод и его последствия

В результате деятельности людей гидросфера изменяется количественно (уменьшение количества воды, пригодной для использования) и качественно (загрязнение). Среди загрязнений различают физическое, химическое, биологическое и тепловое загрязнения.

Физическое загрязнение воды происходит вследствие: накопления в ней нерастворимых примесей – песка, глины, ила в результате смывания дождевыми водами из распаханных участков (полей); поступления суспензий из предприятий горнорудной промышленности; попадания пыли, которая переносится ветром в сухую погоду и т.п. Твердые частички снижают прозрачность воды, угнетают развитие водных растений, забивают жабры рыб и других водных животных, ухудшают вкусовые качества воды, а иногда делают ее вообще непригодной для потребления.

Химическое загрязнение происходит при поступлении в водоем со сточными водами разных вредных примесей неорганического (кислоты, щелочи, минеральные соли) и органического (нефть и нефтепродукты, моечные средства, пестициды и т.п.) состава. Вредное действие токсических веществ, которые попадают в водоемы, усиливается за счет так называемого кумулятивного эффекта (прогрессирующее увеличение содержимого вредных соединений в каждом следующем звене трофической цепи). Так, в фитопланктоне концентрация вредного вещества оказывается у десятки раз выше, чем в воде, в зоопланктоне (личинки, мелкие рачки и т.п.) – в десятки раз выше, чем в фитопланктоне, в рыбе, которая питается зоопланктоном, – еще в десятки раз выше. А в организме хищных рыб (щука, судак) концентрация яда увеличивается еще в десять раз и будет в 10⁴ раз выше, чем в воде.

Особой вред водоемам наносят нефть и нефтепродукты, которые образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой и снижает содержание в воде кислорода. В результате разлива 1 т нефти пленкой покрывается 12 км² воды. Сгустки мазута, оседая на дно, убивают донные микроорганизмы, которые принимают участие в процессе самоочищения воды. Вследствие гниения донных осадков, загрязненных органическими веществами, выделяются вредные соединения, в частности сероводород, которые отравляют всю воду в реке или в озере.

К основным загрязнителям воды принадлежат химические, нефтеперерабатывающие и целлюлозно-бумажные комбинаты, большие животноводческие комплексы, горнорудная промышленность. Среди загрязнителей воды особое место занимают синтетические моечные средства. Эти вещества чрезвычайно стойкие, сохраняются в воде годами.

Загрязнение воды веществами, которые содержат фосфор, содействуют размножению сине-зеленых водорослей и «цветению» водоемов, которое сопровождается резким снижением в воде содержания кислорода, мором рыбыи других водных животных. Во время «цветения» Каховского и других «рукотворных» морей на Днепре стоит смрад, а волны выбрасывают на берег трупы задохнувшейся рыбы.

При биологическом загрязнении в водоемы со сточными водами поступают различные микроорганизмы (бактерии, вирусы), споры грибов, яйца гельминтов и т.д., многие из которых являются болезнетворными для людей, животных и растений.

Среди биологических загрязнителей первое место занимают коммунально-бытовые стоки (особенно неочищенные), а также стоки сахарных заводов, мясокомбинатов, предприятий обработки кож, деревообрабатывающих комбинатов. Особо опасно биологическое загрязнение водоемов в местах массового отдыха людей (курортные зоны на побережьях морей). Из-за плохого состояния канализационных систем и очистительных сооружений последние годы нередко закрывались пляжи в Одессе, Мариуполе и других городах на побережьях Черного и Азовского морей, т.к. в морской воде были выявлены возбудители холеры, дизентерии, вирусного гепатита и др.

Тепловое загрязнение воды происходит при спуске в водоемы подогретых вод от ТЭС, АЭС и других энергетических объектов. Теплая вода изменяет термический и биологический режимы водоемов и вредно влияет на их жителей. Как показали исследование гидробиологов, вода, нагретая до температуры 23–26 °С, действует на рыб и других жителей водоемов угнетающе, а если температура воды поднимается до 36 °С, рыба гибнет. Наибольшее количество теплой воды поступает из АЭС.

Очистка сточных вод

Все естественные водоемы способны самоочищаться. Самоочищение воды – это нейтрализация сточных вод, образование осадка твердых загрязнителей, химические и биологические процессы, сопровождающиеся удалением из водоема загрязнителей и возвращению первоначального состояния.

Однако способность водоема к самоочищению имеет свои границы. Сегодня в водоемы поступает огромное количество сточных вод, загрязненных токсичными веществами, поэтому многие водоемы начали деградировать. Необходимо немедленно принимать специальные меры для очищения загрязненных вод и возвращение источников водоснабжения к состоянию, пригодному для использования.

Периодичность естественного очищения для некоторых типов природных вод составляет: Мировой океан – 2500 лет; подземные воды – 1400 лет; полярные ледники – 9700 лет; горные ледники – 1600 лет; подземный лед районов вечной мерзлоты –10 000 лет; грунтовая влага – 1 год; воды озер – 17 лет; воды болот – 5 лет; воды в руслах рек – 16 дней; влага в атмосфере – 8–10 дней; вода в живых организмах – несколько часов.

К мероприятиям, которые должны обеспечить нормальное состояние водных объектов, принадлежат:

– нормирование качества воды, т.е. разработка критериев ее пригодности для разных видов водопользования;

– сокращение объемов сбрасывания сточных вод при усовершенствовании технологических процессов;

– очистка сточных вод.

Для разных хозяйственных нужд должна использоваться вода определенного качества. Недопустимо, например, использовать питьевую воду для охлаждения блоков ТЭС, запрещается сбрасывать в водоемы сточные воды, содержащие ценные отходы, которые могут быть изъяты с применением рациональной технологии. Основное направление защиты водной среды – переход предприятий к работе по схеме замкнутого цикла водоснабжения, когда они после очищения собственных сточных вод повторно используют их в технологическом цикле, и загрязненные сточные воды вообще не попадают в водоемы.

В сельском хозяйстве (основной потребитель воды) нужно ввести рациональное использование и экономию воды. Так, замена сплошного поверхностного полива на орошаемых землях дождеванием или капельным поливом дает возможность собирать те же самые урожаи с меньшими (в 5-7 раз) затратами воды. Сократить количество пестицидов, фосфатов, нитратов, которые попадают в водоемы, можно частичной заменой химизации сельского хозяйства биологическими методами борьбы с вредителями и болезнями растений, четким соблюдением севооборотов, введением более продуктивных и стойких к болезням и вредителям растений.

Очищение сточных вод – это разрушение или удаление из них загрязнителей и уничтожение в них болезнетворных микробов (стерилизация). Сегодня применяются два метода очищения сточных вод: в искусственных условиях – в специально созданных сооружениях, и в естественных – на полях орошения, в биологических прудах и т.п.

Загрязненные сточные воды последовательно подвергают механическому, химическому и биологическому очищению.

Механическое очищение состоит в удалении из сточных вод нерастворимых веществ (песка, глины, мула), а также жиров и смол. Для этого используются отстойники, сита, фильтры, центрифуги и т.п. Современные передовые методы с применением наилучших зарубежных установок дают возможность удалять из сточных вод до 95 % твердых нерастворимых загрязнителей.

Химическое очищение сточных вод осуществляется после их механического очищения. В загрязненную воду прибавляют специальные реагенты. Эти вещества, вступая в реакцию с загрязнителями, образуют безвредные вещества, которые выпадают в осадок и удаляются.

Биологическое очищение сточных вод – завершающий этап. Органическое вещество, которое содержится в сточной воде, окисляется аэробными бактериями до углекислого газа и воды, а также потребляется гетеротрофами-консументами (прежде всего простейшими). Чем больше в очищаемой воде гидробионтов-гетеротрофов и чем выше их биологическая активность, тем интенсивнее происходит процесс очищения. Организмы-фильтраторы, осаживают на дно различные суспензии и осветляют воду. Биологическое очищение осуществляют в специальных гидротехнических сооружениях и установках – на полях орошения, полях фильтрации, на биофильтрах, в аэротенках. Иногда эти сооружения и установки искусственно заселяют специально добранными или выведенными штаммами бактерий и культурами простейших и водорослей. Комплекс организмов, которые принимают участие в процессах биологического очищения, называют активным илом.

Некоторые особенно токсичные сточные воды химических предприятий вообще не подвергаются очищению никакими современными методами и их приходится закачивать в подземные хранилища, например в отработанные нефтяные месторождения. При этом создаются опасные объекты, поскольку никто не может дать стопроцентной гарантии, что отравленные воды не попадут когда-либо в подземные водоносные горизонты. Иногда супертоксичные сточные воды подвергают выпариванию в отстойниках, для уменьшения их массы и объемов, а затем захоранивают.

Особенности морских экосистем

Наибольшей экосистемой в пределах биосферы Земли является Мировой океан (моря покрывают 70,8 % поверхности планеты и содержат в себе 1,4 млрд км³ воды).

Достаточные световые условия для фотосинтеза обеспечиваются лишь для 10 % морской воды, 90 % воды находится в абсолютной тьме, и морские организмы получают питательные вещества благодаря оседанию погибших организмов из верхних пластов. Продуцентов приспособлены к разным световым зонам и могут существовать в морских экосистемах на глубинах до 200 м.

В океанской глубинной зоне (свыше 140–300 м) колебание температуры небольшие, поэтому здесь живут стенотермные виды. Животные могут приспосабливаться к температуре воды через ее влияние на определенные фазы развития. Для экологии имеют значение зоны температурных перепадов (термоклины), которые разделяют теплые и холодные пласты. Зависание планктона зависит от плотности воды, поэтому на термоклинах происходит флуктуация этих организмов.

Соленость морских вод в среднем составляет 3,5 %. Содержание питательных веществ незначительно и является важным фактором, который сдерживает рост биомассы.

Соленость морских вод колеблется в зависимости от времени года и географического положения (температура воздуха, режимы стоков, таяние льдов). На жизнь морских организмов большое влияние оказывают различные морские течения (дрейфующие – вызванные ветрами, компенсационные, глубинные, подъемные, градиентные, приливно-отливные и др.).

Гидростатическое давление, которое возрастает с глубиной (на каждые 10 м водяного столба давление увеличивается на 1 атм, или 105 Па), также влияет на функционирование гидробионтов, но физиология приспособления морских организмов к давлению почти не исследована. Хотя известно, что давление служит причиной изменения интенсивности обмена веществ (через повышенное содержание СО₂ в протоплазме), что под его влиянием деформируется белок, повышается активность плавания.

Освещенность, соленость, механические силы водных масс, предопределяют четкое распределение морских организмов по зонам условий жизни (мелководные, средне-глубинные, глубоководные).

Очень важную экологическую роль в Мировом океане играют кораллы, которые выполняют такую же очистительную функцию, что и тропические леса на суше. Кораллы (коралловые полипы) имеют биологическое происхождение, растут от морского дна вверх со скоростью 0, 1-1 см в год, живут колониями в группах с зелеными водорослями в прозрачной теплой чистой воде на глубинах до 70 м. Благоприятные для тропических кораллов температуры – 25–28 °С. При более низких и высоких температурах и уменьшении чистоты и прозрачности воды они гибнут (от пылевых бурь, поднятия ила со дна и др.). Рост коралловых рифов тормозят организмы, которые их поедают (рыбы-попугаи, колющие морские звезды, бурильные губки).

Производительность морских водных масс изменяется в очень широких границах. В открытом море она сравнима с производительностью пустынь, а в зонах подъемных течений и литорали – с производительностью степей и саван.

Наибольшую биомассу одного вида на Земле имеет криль (рачки) – 400–500 млн т. Наибольшими позвоночными животными являются планктонофильтрующие синие киты (длина до 32 м), которые питаются преимущественно рачками.

К продуцентам относится фитопланктон (диатомовые, жгутиковые, сине-зеленые водоросли и др.), к первичным консументам – зоопланктон (70 % его составляют рачки).

Охрана вод Мирового океана

Состояние вод Мирового океана сегодня вызывает большую тревогу. Его загрязняют преимущественно реки, с водами которых каждый год поступает свыше 320 млн. т железа, 6,5 млн. т фосфора и др. Очень много загрязнений попадает в океаны из атмосферы – 200 тыс. т свинца, 1 млн. т углеводородов, 5 тыс. т ртути и т.д. Почти треть минеральных удобрений, которые вносятся в грунт, вымывается из него дождевыми водами и выносится реками у моря и океаны; лишь азота и фосфора таким путем попадает в Мировой океан около 62 млн. т ежегодно. Эти вещества вызывают бурное развитие некоторых водорослей, которое уже неоднократно служило причиной появления «красных притоков», возникновение разных других типов «цветения» воды. Во время «цветения» водоросли выделяют в воду высокотоксичные вещества, которые приводят к массовой гибели других гидробионтов.

К наиболее опасным загрязнителям Мирового океана принадлежат нефть и нефтепродукты. Ежегодно их попадает в океаны 5–10 млн. т, большей частью в результате потерь во время добывания нефти из морских месторождений, аварий танкеров, берегового стока и т.п.

В 1991 г. во время войны между Кувейтом и Ираком («Буря в пустыне») нефть, которая вылилась из подорванных танкеров и нефтепроводов, покрыла 1550 км² поверхности Персидского залива и 450 км береговой полосы, где погибло много морских черепах, птиц, крабов и других животных. Нефтяная пленка на поверхности моря угнетает жизнедеятельность морского фитопланктона – одного из главных поставщиков кислорода в земную атмосферу, усиливает тепло- и влагообмен между океаном и атмосферой, губит мальков рыб и другие морские организмы.

Моря и океаны загрязняются также твердыми отходами – промышленными и бытовыми. Их в Мировом океане накопилось уже свыше 20 млн. т. Большинство из них содержат соединения тяжелых металлов и другие вредные вещества, которые пагубно действуют на морскую биоту. Стоит упомянуть об искусственных мусорных островах в Тихом и Атлантическом океанах.

В Мировой океан попало очень много радиоактивных веществ во время испытаниях атомного оружия, работы атомных реакторов военных подводных лодок и ледоколов, сбрасывания контейнеров с отходами атомных электростанций и т.п.

Сильно загрязнена мелководная зона Мирового океана. Шельф океана – это район, где много морских организмов проводит значительную часть своей жизни, рыбаки ловят рыбу, а миллионы людей отдыхают.

Глобальные климатические изменения, в частности, потепление морских вод, отрицательно влияют на морские экосистемы.

В ближайшие десятилетия биомасса Мирового океана будет играть все большую роль в жизни человечества, если оно своей деятельностью не вызовет деградации морских экосистем (как это происходит на континентах). Поэтому их охрана, как и водных экосистем суши, – одна из приоритетных задач настоящего. Проблема защиты Мирового океана стала одной из наиболее актуальных, она касается всех стран, даже тех, что не имеют непосредственного выхода к океану. Учитывая это, ООН разработала и постановила несколько важных соглашений, которые регулируют судоходство, рыболовство, добычу полезных ископаемых из морских месторождений и т.п., например, соглашение «Хартия морей», подписанное большинством стран мира в 1982 году.

Дата добавления: 2014-01-07