Загрязнение водоемов, оценка состояния и качества воды

Интенсивное использование водных ресурсов влечет за собой резкое изменение их качественных параметров в результате сброса в воду самых разнообразных загрязнителей антропогенного происхождения, способствует разрушению естественных экосистем. Вода теряет способность к самоочищению.

Самоочищение в гидросфере связано с круговоротом веществ. В водоемах оно обеспечивается совокупной деятельностью населяющих их организмов. Поэтому одна из важнейших задач рационального водопользования состоит в том, чтобы поддержать эту способность. Факторы самоочищения водоемов многочисленны и разнообразны, условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

Среди физических факторов, обусловливающих самоочищение водоемов, первостепенное значение имеют разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнителей. Интенсивное течение реки обеспечивает хорошее перемешивание и снижение концентрации взвешенных частиц; в озерах, водохранилищах, прудах действие физических факторов ослабевает. Оседание в воде нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод способствует самоочищению водоемов. Важным фактором самоочищения водоемов является ультрафиолетовое излучение солнца. Под влиянием этого излучения происходит обеззараживание воды.

В процессе водоотведения — совокупности санитарных мероприятий и технических устройств — обеспечивается удаление сточных вод за пределы городов и других населенных мест или промышленных предприятий. Осуществляется водоотведение с помощью ливневой, промышленной и бытовой, внутренней и наружной канализации.

Процессы интенсификации использования водных ресурсов, рост объема сточных вод, отводимых в водные объекты, тесно взаимосвязаны. При увеличении водопотребления и водоотведения главная опасность заключается в ухудшении качества воды. Более половины стоков, сбрасываемых в поверхностные водоемы земного шара, не проходят даже предварительной очистки. Для сохранения самоочищающей способности воды необходимо более чем десятикратное разбавление стоков чистой водой. Согласно расчетам, на обеззараживание сточных вод в настоящее время расходуется 1/7 часть мировых ресурсов речного стока; если сброс сточных вод будет возрастать, то в ближайшее десятилетие для этой цели потребуется расходовать все мировые ресурсы речного стока.

Основными источниками загрязнения являются сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов и ферм, ливневые стоки в городах и смыв дождевыми потоками ядохимикатов и удобрений с полей. Сточные воды промышленных предприятий образуются на различных стадиях технологических процессов.

С нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностью, транспортировкой нефти и нефтепродуктов связано распространение в водоемах самых стойких загрязнителей — нефтяных масел. Каждая тонна нефти, растекаясь по водной поверхности, образует пленку из легких масел на площади до 12 км², затрудняющую газообмен с атмосферой. Средние фракции нефти, смешиваясь с водой, образуют ядовитую эмульсию, оседающую на жабрах рыб. Тяжелые масла — мазут — оседают на дно водоемов, вызывая токсические отравления фауны, гибель рыб.

Основными факторами воздействия теплоэнергетики на гидросферу являются выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: постоянное повышение температуры в водоемах, зарастание водоемов водорослями, нарушение кислородного баланса, что создает угрозу для жизни обитателей рек и озер.

Велико воздействие на окружающую среду гидроэлектростанций, которое проявляется как в период строительства, так и эксплуатации. Сооружение плотины приводит к значительному затоплению прилегающих территорий, изменению гидрологического и биологического режимов рек. На мелководьях водохранилищ широко распространено «цветение» воды; они стали ареной нашествия сине-зеленых водорослей. Отмирая, водоросли в процессе разложения выделяют фенол и другие ядовитые вещества. Рыбы покидают такие водоемы, вода в них делается непригодной для питья и даже для купания.

Опасными загрязнителями водоемов являются сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Они содержат органические вещества, которые в процессе окисления поглощают кислород, вызывают массовую гибель рыбы, придают воде неприятный вкус и запах.

Отходы химических и нефтехимических производств, горнодобывающей промышленности засоряют воду солями и растворами. Особенно опасны соединения ртути, цинка, свинца, мышьяка, молибдена и других тяжелых металлов, вызывающих чрезвычайно опасные заболевания людей, которые способны накапливаться в организмах обитателей рек, озер, морей и океанов.

Машиностроительный комплекс также является потенциальным загрязнителем поверхностных водоисточников (сточные воды, утечка жидких продуктов или полупродуктов и т.п.). Гальваническое производство — один из наиболее крупных источников образования сточных вод в машиностроении. Основными загрязнителями сточных вод гальванических производств являются ионы тяжелых металлов, неорганические кислоты и щелочи, цианиды, поверхностно-активные вещества.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и синтетические моющие средства (СМС) очень токсичны и устойчивы к процессам биологического разложения. Наряду с машиностроением СПАВ и СМС попадают в водоемы вместе с отходами текстильной, меховой, кожевенной промышленности, с бытовыми и коммунальными сточными водами.

Сельскохозяйственное производство во многих регионах мира влечет загрязнение поверхностных водоемов. Ядовитые вещества попадают в водоемы в виде пестицидов, используемых для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур. Предполагают, что от действия пестицидов сократилось поголовье тюленей в Балтике, запасы промысловой рыбы в Атлантике. Значительную опасность для водоемов представляют смываемые с сельскохозяйственных полей нитраты, фосфаты и калийные удобрения. Сточные воды крупных животноводческих комплексов отличаются высокой концентрацией растворенных и нерастворенных загрязняющих веществ. Например, из свиноводческого комплекса на 116 тыс. свиней в год сбрасывается ежесуточно 5 тыс. м³ высококонцентрированных сточных вод. Попадая в речные воды, а затем в озера или водохранилища, эти биогенные соединения накапливаются там до токсичных уровней.

Опасным загрязнителем являются бытовые сточные воды и бытовой мусор, которые содержат 30 — 40% органических веществ. Во время сброса и прохождения материала сквозь столб воды часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сортируется частицами взвеси и переходит в отложения. Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов.

Особую угрозу жизни водоемов и здоровью людей представляют радиоактивные загрязнения. Захоронение жидких и твердых радиоактивных отходов осуществлялось в морях и океанах многими странами, имеющими атомный флот и атомную промышленность. Накопление сброшенных в море радиоактивных отходов, а также аварии атомных судов и подводных лодок представляют опасность не только для нынешнего, но и для будущих поколений.

При аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивные продукты попадали в водоемы из воздуха и со стоками с загрязненной местности в бассейн р. Днепр на территории Беларуси, России, Украины. В связи с этим наблюдалось кратковременное превышение установленных норм загрязнения воды в р. Припять. Во всем каскаде водохранилищ Днепра содержание радиоактивных веществ постепенно снижалось вниз по течению. Оценка загрязнения донных отложений водохранилищ Днепра, проведенная в мае 1986 г., выявила наиболее загрязненные донные группы в Киевском водохранилище на участке, прилегающем к устью р. Припять. В южной части Киевского, а также в Каневском водохранилище уровень загрязнения убывал в десятки и сотни раз. Еще более низкие концентрации радионуклидов наблюдались в водах Черного моря (в зоне впадения р. Днепр).

Система контроля за содержанием радионуклидов в поверхностных водах основных рек Беларуси показала, что сразу после аварии на ЧАЭС концентрация стронция-90 в низовьях р. Припять превышала допустимую норму, но уже в мае 1986 г. она стабилизировалась в пределах нормы. Последующий постоянный контроль за содержанием радионуклидов стронция-90 и цезия-137 отмечает, что их концентрация в водоемах значительно ниже показателя радиационно допустимых уровней для питьевой воды. Если в первые дни после аварии на ЧАЭС увеличение концентрации радионуклидов в воде было обусловлено их непосредственным выпадением, то в настоящее время уровни загрязнения водных систем определяются вторичными процессами: обменом с донными отложениями, смывом радионуклидов с поверхности водосбора рек, а также за счет талых и паводковых вод.

Одна из важнейших проблем, связанных с рациональным ведением водного хозяйства, — сохранение требуемого качества воды во всех водных источниках. Однако большинство рек, протекающих в зонах крупных и средних промышленных центров, испытывают высокое антропогенное воздействие из-за поступления в них со сточными водами значительного количества загрязняющих веществ.

Годовой объем водоотведения в странах СНГ за период 1991 — 2000гг. значительно снизился, что было обусловлено как проведением ряда водоохранных мероприятий, так и снижением потребности в воде на производстве. Самым мощным источником загрязнения водных объектов являются бытовые стоки, на которые приходится более половины годового объема сточных вод, доля стоков производства составляет четвертую часть. Из общего количества сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водоемы, около одной трети являются нормативно-чистыми (отводятся без очистки), три пятых — нормативно очищенными и одна двадцатая часть — загрязненными. Неочищенные сточные воды нуждаются в многократном разбавлении чистой водой. Нормативно-очищенные воды также содержат загрязнения, и для их разбавления на каждый 1 м³ требуется до 6 — 12 м³ свежей воды. В составе сточных вод в природные водные объекты Российской Федерации за год сбрасывается до 2,7 млн.т сульфатов, 7,2 млн.т хлоридов, 26,4 тыс.т фосфора, 41,3 тыс.т азота, 208,5 тыс.т нитратов, 15,2 тыс. т жиров и масел, около 35т свинца и большое количество других веществ.

Нагрузка на поверхностные воды обусловлена не только сбросом сточных вод, большое количество загрязняющих веществ поступает с талыми и ливневыми водами с городских территорий, сельскохозяйственных угодий и других источников загрязнения, не имеющих системы водоотведения и очистки.

В условиях тесной взаимосвязи поверхностных и подземных вод процессы загрязнения постепенно распространяются на все большие глубины. Загрязнение подземных вод вблизи ряда промышленных центров было зафиксировано на глубинах более 50 — 70 м. Наиболее интенсивно подземные воды загрязняются в застроенных частях населенных пунктов, в районах очистных сооружений, полей фильтрации, свалок, животноводческих ферм и комплексов, складов минеральных удобрений и ядохимикатов, горюче-смазочных материалов. В подземных водах нередко обнаруживаются повышенные концентрации нефтепродуктов, фенолов, тяжелых металлов и нитратов.

Контроль за уровнем загрязненности поверхностных вод суши в странах Содружества проводится более чем на 2 тыс. водных объектах, где расположены свыше 3 тыс. пунктов наблюдения; учитываются физические, химические и гидробиологические показатели. В гидрохимических лабораториях определяется более 100 показателей качества воды, в том числе около 40 специфических загрязняющих веществ, среди них: содержание плавающих примесей и взвешенных веществ, запах, вкус и цвет воды, состав и концентрация минеральных примесей и растворенного в воде кислорода, состав и концентрация ядовитых и вредных веществ, устанавливается ее соответствие нормам ПДК. В зависимости от категории пункта наблюдения отбор проб воды проводят ежедневно, ежедекадно, ежемесячно или ежеквартально выше и ниже источника загрязнения по течению на разных расстояниях от него. В странах Содружества при оценке степени загрязненности поверхностных вод используют нормативы ПДК вредных веществ, разработанные для объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения (более 400), отдельно – для рыбохозяйственных водоемов (более 100).

Интегральная оценка качества воды проводится обычно по гидрохимическим показателям. При наличии данных о нескольких оцениваемых показателях, можно рассчитать сумму приведенных концентраций к ПДК (принцип суммации воздействий). При этом критерием качества воды является значение:

, (6.1)

где С_фi -- фактическая концентрация i -го вещества в воде водоема.

Качество поверхностных вод при наличии результатов по достаточному количеству показателей можно оценить, используя индекс загрязнения воды (ИЗВ). ИЗВ рассчитывается как 1/6 суммы отношений средних концентраций учитываемых ингредиентов (растворенный кислород, БПК₅, азот аммонийный, азот нитритный, нефтепродукты и фенолы) к предельно допустимым концентрациям этих ингредиентов

ИЗВ=1/6 , (6.2)

где С_i – средняя концентрация определяемого ингредиента за период наблюдений; ПДК_i – предельно допустимая концентрация ингредиента; 6 – количество ингредиентов, учитываемых при расчетах.

В итоге качество воды определяется в зависимости от класса ее загрязненности:

первый -- очень чистая вода, ИЗВ≤0,3;

второй -- чистая, ИЗВ >0,3-1;

третий -- умеренно загрязненная, ИЗВ>1-2,5;

четвертый -- загрязненная, ИЗВ>2,5-4;

пятый -- грязная, ИЗВ>4-6;

шестой -- очень грязная, ИЗВ>6-10;

седьмой -- чрезвычайно грязная, ИЗВ>10.

На рубеже 80-90-ых годов ХХ столетия в пределах СССР наиболее загрязненными водоемами были -- реки Западный Буг, Днестр, Дунай, Дон, реки острова Сахалин, реки и озера Кольского полуострова, нижнее течение р. Амур. Концентрация ряда загрязняющих веществ в этих реках превышали уровень высокого загрязнения (выше 10 ПДК). Причем, в бассейне р.Дунай увеличивалось загрязнение воды аммонийным азотом, нефтепродуктами, солями меди и цинка, в бассейне р. Днестр -- аммонийным и нитратным азотом, нефтепродуктами, фенолами, в бассейне р. Дон -- нитритным азотом, солями меди, формальдегидом, в бассейне р. Иртыш -- нефтепродуктами, солями железа, в бассейне р. Волги -- солями меди, в бассейне р. Амур -- солями цинка, никеля, хрома.

Концентрации нефтепродуктов и солей меди в бассейне р. Кубань превышали ПДК в 5-7 раз. В среднем течении р. Волги концентрации фенолов и нефтепродуктов составляли 8-9 ПДК, соединений азота и меди -- 3-4 ПДК, в нижнем течении вода была загрязнена солями меди до 7-15 ПДК. Концентрация загрязняющих веществ в бассейнах рек Неман, Западная Двина, Онега, Северная Двина, Печора, Яна, Лена, Индигирка, Колыма, Амударья, Сырдарья не превышала 1-4 ПДК.

Выполнение комплекса мероприятий по рациональному использованию и охране водных ресурсов в странах СНГ, а также спад производства в ряде водоемких отраслей привели к снижению годового объема водоотведения, сброса сточных вод. Так, за период 1991-2000гг. в Беларуси сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы уменьшился в 4 раза, в России -- 1,4, в Украине -- 1,3 раза. В итоге произошло некоторое снижение уровня загрязненности вод в бассейнах рек Западная Двина, Волга, Днепр, Иртыш, а также в реках и озерах Кольского полуострова. Вместе с тем более четверти общего объема сбрасываемых в странах СНГ загрязненных стоков поступает в природные водоемы без какой-либо очистки, а остальные являются недостаточно очищенными из-за невысокой результативности работы имеющихся водоохранных сооружений, их малой мощности, перегрузки и иных причин.

Определение допустимого состава сточных вод проводится в зависимости от преобладающего вида примесей и с учетом характеристики водоема, в который сбрасывают сточные воды. Допустимая концентрация взвешенных веществ в очищенных сточных водах определяется по формуле:

С _о^взв £ С _в^взв + n ПДК^взв, (6.3)

где С _в^взв — концентрация взвешенных веществ в водоеме до сброса в него сточных вод; ПДК^взв — предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в водоеме; n — кратность разбавления сточных вод в воде водоема.

Концентрация каждого из растворенных вредных веществ в очищенных сточных водах определяется по формуле:

С _o ⁱ £ n (С _m¹ - С _в ⁱ) + С _в ⁱ, (6.4)

где С _в ⁱ — концентрация i вещества в водоеме до сброса сточных вод; С _m¹ — максимально допустимая концентрация того же вещества с учетом максимальных концентраций и ПДК всех веществ, относящихся к одной группе вредности (вычисляется по отдельной формуле).

Разбавление сточных вод — это процесс перемешивания сточных вод с водной средой, в которую они выпускаются, в итоге уменьшается концентрация примесей в сточных водах. Интенсивность процесса разбавления качественно характеризуется кратностью разбавления:

n = (С _о – С _в)/(С – С _в), (6.5)

где С _о — концентрация загрязняющих веществ в выпускаемых сточных водах; С _в и С — концентрация загрязняющих веществ в водоеме до и после выпуска соответственно.

Загрязнение поверхностных и подземных вод приносит большой вред экологическим системам и материальный ущерб народному хозяйству. Такие воды становятся мало пригодными или непригодными для различных видов хозяйственного потребления и использования в рекреационных целях, иногда являются источником инфекционных заболеваний. В результате, по данным Всемирной организации здравоохранения, вследствие потребления недоброкачественной воды ежегодно заболевает около 500 млн чел., а детская смертность достигает 5 млн чел. в год. Материальный ущерб выражается также в снижении уловов рыбы, дополнительных затратах на водоснабжение населения и промышленных предприятий, строительство очистных сооружений.

Дата добавления: 2014-11-18