Источники загрязнения водных систем

Наблюдаемый в настоящее время дефицит пресной воды объясняется не только непрерывным ростом водопотребления, но и деградацией качества воды природных водоисточников в результате поступления в них неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленных предприятий, коммунального и сельского хозяйства. Считается, что если город потребляет в сутки 600 тыс. м³ воды, то он дает около 500 тыс. м³ сточных вод. Загрязнение рек, озер, морей и океанов происходит с нарастающей скоростью, так как в водоемы поступает огромное количество взвешенных и растворенных веществ (неорганических и органических)

Основными источниками загрязнения природных вод являются:

1. Атмосферные воды, несущие вымываемые из воздуха загрязнители промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные и талые воды дополнительно увлекают за собой органическое и минеральное вещество. Особенно опасны стоки с городских улиц и промышленных площадок, несущие нефтепродукты, мусор, фенолы, кислоты и др.

2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностно-активные моющие средства), микроорганизмы, в том числе патогенные.

3. Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду черная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленности.

С развитием промышленности и увеличением потребления воды растет и количество жидких отходов - сточных вод. Еще в 60-х годах ежегодно в мире образовывалось около 700 млрд. м³ сточных вод, Примерно 1/3 из них промышленные сточные воды, загрязненные различными веществами. Только половина промышленных, жидких отходов подвергалась очистке тем или иным способом. Другая половина сбрасывалась в водоемы без какой-либо очистки.

При технологических процессах появляются следующие основные виды сточных вод:

1. Реакционные воды, загрязненные как исходными веществами, так и продуктами реакции.

2. Промывные воды

3. Воды, с одержащиеся в сырье и в исходных п родуктах (свободная или связанная вода).

4. Промывные воды воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования, маточные водные растворы.

5. Водные экстрагенты и абсорбенты.

6. Охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения.

7. Бытовые воды - из предприятий питания, прачечных, душевых, туалетов, после мытья помещений и т.д.

8. Атмосферные осадки, стекающие с территории промышленных предприятий, загрязненные различными химическими веществами.

Следует заметить, что никакими современными методами очистить сточные воды на 100 % невозможно, так как после определенного уровня затраты на каждый дополнительный процент очистки увеличиваются по экспоненте. Так, если принять стоимость 90%-й степени очистки за единицу, то очистка на 99 % обходится примерно в 10 раз дороже, а очистка на 99,9%, которая чаще всего и требуется, будет дороже в 100 раз. Однако, даже при эффективной биологической очистке из воды извлекается не более 90% органических и не более 10 - 40% неорганических веществ. Поэтому поступают следующим образом: очищают воду до определенного экономически обоснованного уровня, потом разбавляют ее чистой природной водой до нормативных показателей и сбрасывают в ближайший водоем или используют. В среднем для нормальной жизнедеятельности реки или водоема промышленные или городские стоки после очистки на биологических сооружениях должны быть разбавлены в 15 - 30 раз. Только после этого вода, загрязненная стоками, восстана­вливает свои первоначальные свойства.

Нормы разбавления для отдельных химических производств очень высоки. Так, сточные воды производства минеральных удобрений должны быть разбавлены в 15 раз, полиэтилена - в 30 раз, нефтеперерабатывающей промышленности - в 60, синтетических волокон - в 185, коксохимического производства - в 200, синтетического каучука - в 2000 раз. Во всем мире на разбавление сточных вод ежегодно затрачивается около 10 тыс. км³ чистой воды, что составляет около 30 % устойчивого стока всех рек земного шара.

Следует добавить, что некоторые особенно токсичные сточные воды химических производств вообще невозможно очистить существующими методами. Их приходится закачивать в подземные хранилища на постоянное хра­нение. Таким образом, создаются опасные объекты, так как всегда существует угроза либо прорыва либо медленной миграции таких вод в подземные водоносные горизонты. Так, например, около 20 лет назад промышленник из Бохума захоронил на мусорной свалке города 15 тыс. сосудов с отходами производства цианистого натрия: содержащегося в них количества яда хватило бы для уничтожения всего населения Германии. Последствия этого захоронения оказались достаточно серьезными: несколько лет назад в минеральной воде, добываемой вблизи Бохума, была обнаружена синильная кислота в количестве 8 мг / л.

Особенно опасным является загрязнение природных вод (в том числе, и питьевой воды) полихлорированными дибензодиоксинами (диоксинами) и дибензофуранами (ДБФ). Диоксины и ДБФ - это несколько тысяч хлорбром-производныхтрициклических кислородсодержащих ксенобиотиков. Ксенобиотиками называют вещества, неприемлемые для живых организмов. Специально ДБФ и диоксины не производятся, они образуются в качестве примеси при всех химических процессах галоидирования ароматических соединений в присутствии кислорода, в частности при производстве хлор-фенолов и гербицидов. Однако, даже обычная примесь диоксина в товарном продукте 3 х 10^-4 % является чрезвычайно опасной. Токсичность диоксина в 67 тыс. раз больше цианидов, стрихнина, кураре и запрещенных в настоящее время боевых ОВ зомана, зарина, табуна. Попав в воду, воздух, почву - диоксины и ДБФ закрепляются там, никуда не исчезая, вплоть до полного распада. А это достаточно долгий срок: период их полураспадав почве составляет 10 - 12 лет, в организме человека - 6- 7 лет. Диоксин может годами накапливаться в организме, не вступая там ни в какие взаимодействия, а затем дает о себе знать в виде самых разнообразных болезней: раздражение кожи, фурункулы, растройство психики, подавление иммунной системы, раковые заболевания. К сожалению, не только химическая промышленность является источником диоксинов. Диоксины обнаружили в составе отходов в металлургии, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Образуются они и при уничтожении отходов в мусоросжигательных печах, на тепловых теплоэлектростанциях, в выхлопных газах автомобилей, в табачном дыме, при пожарах, когда горят синтетические покрытия и масла в трансформаторных будках. А стекая с отходами производства в реки, моря, водоемы, почву, ксенобиотики усваиваются живыми организмами и попадают по пищевым цепям на стол человека вместе с рыбой, молоком, мясом. Установлено, что 96 % всего потребляемого человеком диоксина попадает в организм вместе с едой.

Суточная санитарная норма для людей составляет 1пг (10^-12 г) диоксина на 1 кг живого веса. В момент аварий или залповых выбросов предприятий хлорной химии концентрация диоксинов превышает санитарную норму в 20 - 100 тыс. раз! О глобальном характере диоксинового загрязнения свидетельствует и тот факт, что в грудном молоке женщин Европы концентрация диоксина составляет 6 - 40 нг/кг.
Загрязняются и моря. Считается, что Средиземное море самое грязное на Земле. В результате выбросов сточных вод в нем 80 % рыбы погибло. Загрязнено и Балтийское море, в которое впадает 200 рек и на берегах которого протяженностью 200 тыс. км. расположено 60 крупных городов. В Азовском море в 2/3 акватории содержится недостаточно кислорода для жизни рыб.

В результате аварий судов, промывки резервуаров танкеров, утечек нефти при добыче ее в шельфовой зоне ежегодно в воды Мирового океана попадает до 12 - 15 млн. т нефти. Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 км² поверхности и загрязняет до миллиона тонн морской воды. Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, т.е. нарушается газообмен между атмосферой и гидросферой.

Моря и океаны отравляются не только нефтепродуктами, они загрязняются также веществами, поступающими с речным стоком. В них попадают промышленные и бытовые отходы, содержащие соли различных металлов, яды, огромное количество пестицидов, удобрений, моющих средств, радиоактивных веществ. Считается, что в водоемы поступает свыше 500 тыс. различных веществ. Тяжелые металлы (свинец, ртуть, медь, кадмий) и другие токсичные вещества прогрессивно накапливаются в пищевых цепях, конечное звено которых - человек. Известны, например, массовые отравления ртутью, которая попадала в организм человека вместе с рыбой. В значительной степени это связано с особенностями поведения ртути в природе. Ртуть - единственный тяжелый металл, содержание которого минимально на первом трофическом уровне, у хемосинтезирующих микроорганизмов и фотосинтезирующих зеленых растений. Затем концентрация этого металла неуклонно нарастает в ряду: травоядные животные - хищники 1-го порядка - хищники 2-го порядка и т.д. В воде содержание ртути увеличивается с возрастом (размером) рыб и также нарастает по пищевой цепи.

Из загрязняющих веществ очень опасны детергенты или синтетические моющие средства. Выброшенные в водоемы даже в незначительном количестве, они придают воде неприятный привкус и запах и ведут к образованию пены, слой которой может достигать 1 м и препятствовать доступу кислорода в воду. На их окисление расходуется много растворенного кислорода, а это сокращает распад в воде других вредных примесей. Поэтому стоки, загрязненные ПАВ, обязательно обрабатываются на очистных сооружениях перед сливом в реки и водоемы.

Источником загрязнения водных экосистем является и сельское хозяйство. Во-первых, повышение урожайности неизбежно связано с применением удобрений и ядохимикатов (пестицидов). Попадая на поверхность почвы, они смываются с нее и оказываются в водоемах. Во-вторых, животноводство связано с образованием больших масс мертвой органики (навоза, подстилки), мочевины, которые опять-таки могут оказываться в водных объектах. Эти отходы не ядовиты, но их массы огромны (вспомним, что получение 1 кг мяса "стоит" 70 - 90 кг кормов) и, несмотря на их нетоксичность, они ведут к тяжелым последствиям для водных экологических систем. Подсчитано, что 1000 голов скота загрязняет природные воды так же, как город с населением 15 тыс. человек.

Сточные воды, содержащие органические вещества (не только от животноводства), содержат массу биогенных элементов, в том числе азота и фосфора. В результате происходит массовое размножение фитопланктона, в первую очередь сине-зеленых, зеленых и красных водорослей, а также интенсивное развитие высших водных растений. Эти организмы, рождаются, отмирают, и масса органического вещества возрастает. Поскольку названные организмы являются аэробными и дышат кислородом, растворенным в воде, в скором времени они оказываются в условиях дефицита кислорода. Вода становится непригодной для жизни, в ней начинают преобладать анаэробные процессы. Этот процесс носит название эвтрофикации. Эвтрофикация - это повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или естественных (природных) факторов.

Собственно анаэробные процессы представляют собой вторичное загрязнение воды. Эвтрофикации может быть также следствием того, что азотные и фосфорные удобрения смываются с полей и в воду попадают легкоокисляемые минеральные соединения.

Питательные вещества могут попадать в водоемы и при сбросе хозяйственно-бытовых сточных вод. В них содержится (в граммах на одного человека в сутки): соединений азота (в пересчете на N) - 7-8; фосфора (в пересчете на Р) - 1,5-1,8; калия (в пересчете на) - 3. Как правило, наблюдается увеличение концентрации таких соединений в звеньях пищевых цепей, и максимальное количество оказывается в пище человека. Так, если содержание фосфора в воде природных систем составляет 32 условные единицы, то фитопланктон и насекомые содержат 0,1 у.е., гуси, утки - 7,5 тыс. у.е., а яйца птиц включают 200 тыс. у.е. фосфора, т.е. концентрация фосфора возрастает в 6 тыс. раз.

Большую опасность представляют загрязнения природных вод радиоактивными веществами.

Загрязняют воду и теплые сточные воды от предприятий теплоэнергетики так как при этом меняется температурный режим в водном объекте, а затем может возникать несоответствие его качества санитарным требованиям.

Одна из важнейших природоохранительных задач заключается в том, чтобы всячески поддерживать способность водоемов к самоочищению. К сожалению, с каждым годом это становится все труднее. Загрязнение рек, озер, морей и даже океанов принимает такие размеры, что во многих районах превышает их способность к самоочищению. В природные водные системы планеты, воду которых мы потребляем, ежегодно сбрасывается до 7000 млрд. м³ неочищенных стоков, включающих до 1 млн. наименований химикатов, а природных загрязнений воды насчитывается лишь около 2-х тысяч.

Недостаток пресной воды ощущается уже сейчас во многих странах. Согласно статистическим данным ООН недостаток в чистой питьевой воде испытывает около 2 млрд. человек. В среднем в мире централизованным водоснабжением охвачено городское население численностью 1,1 млрд. человек с расходом 280 л в сутки и еще 0,8 млрд. человек обеспечено водой из колонок с расходом 110 л в сутки на человека. Остальная часть человечества потребляет 50 - 60 л воды в сутки. Особенно неблагоприятна обстановка в сельских районах, где только треть жителей имеет доступ к безопасным системам водоснабжения и лишь 13 % обеспечена канализацией. Однако и современные системы водоснабжения дают сбои, что нередко приводит к вспышкам заболеваний, связанных с употреблением загрязненной или недостаточно очищенной воды. По данным ВОЗ вода является причиной 80 % всех заболеваний в мире. В целом от болезней, связанных с водой, страдает около половины всего человечества - более 2 млрд. человек. Загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы, по следующим причинам: процессы регенерации, или самоочищения, протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздухе; источники загрязнения водоемов более разнообразны; естественные процессы, осуществляющиеся в водной среде и подвергающиеся действию загрязнений, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере.

Дата добавления: 2014-01-04