Антропогенное воздействие на гидросферу

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Источники загрязнения гидросферы

1.1 Химическое загрязнение

1.2 Бактериальное загрязнение

1.3 Механическое загрязнение

1.4 Тепловое загрязнение

Глава 2. Предельно допустимые концентрации химических загрязняющих веществ

2.1 Концепция ПДК

2.2 ПДК вредных веществ в гидросфере

Глава 3. Экологическое положение реки Волги

3.1 Волжская рыба мутирует из-за ядовитого снега?

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Существование биосферы и человека всегда было основано на использовании воды. Человечество постоянно стремилось к увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу огромное многообразное давление [1].

Водная среда, так же, как и воздушная, загрязняются человеком. Это загрязнение нельзя объяснить только деятельностью промышленных предприятий, которые направляют свои выбросы в реки и океаны. Не менее интенсивно загрязняет природу и современное сельское хозяйство с его массовым содержанием скота, интенсивным внесением удобрений в почву и использованием средств защиты растений от вредителей; эти удобрения и химические соединения попадают в грунтовые и поверхностные воды. Наконец, бытовые сбросы также вносят вклад в общее загрязнение гидросферы [2].

Рис. 1. Схема использования водных ресурсов

Каким же можно ожидать будущее для гидросферы?

В целом ожидается на ближайшие 20-25 лет рост ее загрязнения в 1,5-3 раза. Соответственно этому будет ухудшаться и экологическая ситуация. Концентрации многих токсических веществ могут достигнуть порогового уровня, затем наступит деградация естественной экосистемы. Ожидается, что первичная биологическая продукция океана может понизиться в ряде крупных районов на 20-30% по сравнению с нынешней. По оценкам ученых, она сократилась к настоящему времени на 10%. Соответственно этому снижается и ежегодный прирост других обитателей моря [3].

Масштабы загрязнения продуктов морей и океанов так велики, что во многих странах установлены санитарные нормы на содержание в них тех или других вредных веществ. Интересно отметить, что при концентрации ртути в воде, только в 10 раз большей ее естественного содержания, загрязнение устриц уже превышает норму, установленную в некоторых странах. Это показывает, как близок тот предел загрязнения морей, который нельзя переступить без вредных последствий для жизни и здоровья людей [3].

Однако последствия загрязнения опасны прежде всего для всех живых обитателей морей и океанов. Эти последствия разнообразны. Первичные критические нарушения в функционировании живых организмов под действием загрязняющих веществ возникают на уровне биологических эффектов: после изменения химического состава клеток нарушаются процессы дыхания, роста и размножения организмов, возможны мутации и канцерогенез; нарушаются движение и ориентация в морской среде. Морфологические изменения нередко проявляются в виде разнообразных патологий внутренних органов: изменений размеров, развития уродливых форм. Особенно часто эти явления регистрируются при хроническом загрязнении [3].

Все это отражается на состоянии отдельных популяций, на их взаимоотношениях. Таким образом, возникают экологические последствия загрязнения. Важным показателем нарушения состояния экосистем является изменение числа высших таксонов - рыб. Существенно изменяется фотосинтезирующее действие в целом. Растет биомасса микроорганизмов, фитопланктона, зоопланктона. Это характерные признаки эвтрофикации морских водоемов, особенно они значительны во внутренних морях, морях закрытого типа. В Каспийском, Черном, Балтийском морях за последние 10-20 лет биомасса микроорганизмов выросла почти в 10 раз. В Японском море сущим бедствием стали «красные приливы», следствие эвтрофикации, при которой бурно развиваются микроскопические водоросли, а затем исчезает кислород в воде, гибнут водные животные и образуется огромная масса гниющих остатков, отравляющих не только море, но и атмосферу [3].

Поэтому охрана гидросферы у нас является важнейшей государственной задачей, поскольку нежелательные изменения в ней затрагивают не только гидробиологические ресурсы водных экосистем, но и разрушающе действуют на экологические системы суши. Сегодня водные проблемы не могут решаться изолированно, без учёта возможных экологических последствий, и это становится понятным прежде всего при разработке долгосрочных планов развития хозяйства. Ведь водные проблемы, проблемы формирования и использования ресурсов пресной воды - это неотъемлемая часть взаимосвязанных проблем оптимального использования растительного и животного мира, энергетических, земельных ресурсов и охраны главного «ресурса» - экологического равновесия в природе [1].

В данной курсовой работе рассмотрим источники загрязнения гидросферы, определим концепцию предельно-допустимых концентраций для химических загрязняющих веществ, поговорим о путях и перспективах решения водных проблем и охраны водных ресурсов, учитывая, что каждому уровню развития человеческого общества соответствует тот или иной характер использования водных объектов, те или иные масштабы воздействия водохозяйственных мероприятий на окружающую среду [1].

ГЛАВА 1. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ

Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающее качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов [1].

Рис.2. Схема распределения загрязняющих веществ в пресноводных водоемах

Охрана водных объектов от загрязнений осуществляется посредством регулирования деятельности как стационарных, так и других источников загрязнений [1].

Аварийное загрязнение водных объектов возникает при залповом сбросе вредных веществ в поверхностные водные объекты, который причиняет вред или создает угрозу причинения вреда здоровью населения, нормальному осуществлению хозяйственной и иной деятельности, состоянию окружающей природной среды, а также биологическому разнообразию. Меры предупреждения вредного воздействия на водные объекты определяются водным законодательством Российской Федерации [4].

На территории России практически все водоёмы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод выявили тенденцию к росту их загрязнённости. Увеличивается количество случаев высокого уровня загрязнения воды (более 10 ПДК) и случаев экстремально высокого загрязнения водных объектов (более 100 ПДК) [4].

Федеральные органы исполнительной власти и органы исполнительной власти субъектов РФ осуществляют охрану водоемов от всех видов загрязнений, включая диффузное (загрязнение через земную поверхность и воздух)[1].

Установлено, что более 400 видов веществ могут вызвать загрязнение вод. В случае превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому, общесанитарному или органолептическому, вода считается загрязненной [2].

Различают химические, биологические и физические загрязнители. Среди химических загрязнителей к наиболее распространенным относят нефть и нефтепродукты, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и др. Очень опасно загрязняют воду биологические загрязнители, например вирусы и другие болезнетворные микроорганизмы, и физические - радиоактивные вещества, тепло и др.[2].

Наиболее часто встречается химическое и бактериальное загрязнение. Значительно реже наблюдается радиоактивное, механическое и тепловое загрязнение [2].



Таблица 1

Главные загрязнители воды

Химические загрязнители	Биологические загрязнители	Физические загрязнители
Кислоты	Вирусы	Радиоактивные элементы
Щелочи	Бактерии	Взвешенные твердые частицы
Соли	Другие болезнетворные организмы	Тепло
Нефть и нефтепропродукты		Органолептические (цвет, запах)
Пестициды	Водоросли
Диоксины	Лигнины	Шлам
Тяжелые металлы	Дрожжевые и плесне- вые грибки	Песок
Фенолы		Ил
Аммонийный и нитритный азот		Глина
СПАВ

1.1 ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Химическое загрязнение - наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок, и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более [5].

Химическое загрязнение может носить двоякий характер.

Во-первых, это антропогенное изменение природных циклов имеющихся в природе веществ и сдвиг их биогеохимических циклов и концентраций. Пример: выброс огромных количеств окислов углерода, серы и азота при сжигании ископаемого топлива [9].

Во-вторых, это распространение в природных средах синтетических веществ, в том числе особо ядовитых, в принципе в природе не существующих (ксенобиотики). Примеры: утечки диоксинов и использование ядохимикатов в сельском хозяйстве. Подобные вещества особо опасны тем, что в экосистемах могут отсутствовать механизмы из разложения или консервации, а живые организмы не обладают способностью к их уничтожению при попадании во внутренние органы [9].

Технический прогресс привел к получению и изготовлению ряда материалов, которые плохо поддаются разложению. Они попадают в окружающую среду частично при изготовлении, частично при транспортировке, и при использовании. Здесь они могут накапливаться в опасных концентрациях, оказывая вредные воздействия на природную среду. К этой категории относятся также нефть и нефтепродукты. Нефть в основном состоит из алифатических углеводородов, в некоторых случаях зависимости от ее происхождения, она может содержать алициклические и ароматические углеводороды. В небольших количествах в состав нефтей могут входить также кислородсодержащие соединения, как, например, альдегиды, кетоны и карбоновые кислоты [2].

Нефть может попадать в природную среду различными путями, например при бурении скважин на нефтяных месторождениях, при авариях танкеров или течи в нефтепроводах, при транспортировке, при переработке сырой нефти, а также при очистке отстойников, танкеров и автоцистерн от старой нефти и нефтепродуктов. Особо сильные загрязнения в результате утечки нефти происходят при бурении морских скважин и авариях танкеров. При просачивании нефти в почву, несмотря на свою большую вязкость, она проникает в грунтовые воды, перемещается в направлении их движения и может распространяться на большие расстояния. Гидрофобная нефть образует тонкую пленку на поверхности воды; вода становится непригодной для использования при попадании 1 л нефти на 10⁶ л воды. На открытых водных поверхностях с течением времени образуется эмульсионный слой нефть - вода, который частично препятствует газообмену между водой и воздухом. Этот эффект приводит к тому, что все живые организмы, находящиеся под этой пленкой, постепенно задыхаются. При этом, прежде всего при дыхании в клетках накапливается СО₂, что ведет к ацидозу, то есть подкислению клеточной жидкости. У морских птиц контакт с нефтью приводит к склеиванию оперения; птицы утрачивают способность держаться на воде и быстро гибнут от переохлаждения. Растворимые в воде окисленные компоненты нефти могут обладать токсическим действием [2].

Нефть, попавшая в природную среду, подвергается микробиологическому распаду, в котором участвуют различные виды бактерий, но этот распад протекает так медленно, что нефть в течение недель или даже месяцев находится на поверхности воды. За это время ее легколетучие компоненты испаряются, а оставшиеся подвергаются медленному окислению. В результате обоих процессов малолетучие компоненты объединяются в сгустки, которые с течением времени опускаются на дно [2].

В отличие от загрязнений природы нефтью загрязнения фенолами происходят в значительно меньших размерах. Скорость распада фенолов в воде зависит как от их химического строения, так и от окружающих условий. Особую роль при этом играют УФ-излучение, микроорганизмы и концентрация кислорода в воде. Простые фенолы в аэробных условиях под действием соответствующих бактерий полностью распадаются в течение 7 дней на 96-97% от исходного количества. В анаэробных условиях распад идет медленнее. В сильно хлорированной воде образуются хлорфенолы, которые ухудшают вкус воды еще в большей степени, чем негалогенизированные фенолы. Нормативы, принятые для питьевой воды, устанавливают предельно допустимую концентрацию фенолов на уровне 0,5 мкг/л [2].

Фенолы используют для дезинфекции, а также изготовления клеев и фенолформальдегидных пластмасс. Кроме того, они входят в состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей, образуются при сгорании и коксовании дерева и угля [2].

Наряду с упомянутыми фенолами, имеются галогенсодержащие соединения фенольного характера, которые при попадании в природную среду действуют не только как загрязняющие воду вещества, поэтому нуждаются в специальном рассмотрении [2].

К долгоживущим вредным примесям в воде относится и так называемая лигнинсульфоновая кислота, собственно лигнингидросульфит. Этот продукт образуется при обработке древесины гидросульфитом кальция при повышенных температуре и давлении. В результате этой реакции высокомолекулярный лигнин переходит в растворимую в воде форму и таким образом может быть отделен от целлюлозы. Кроме того, из древесины выделяют гемицеллюлозу и сахар. В то время как гемицеллюлоза (гексозан и пентозан) и сахара сравнительно быстро разрушается микробиологическим путем, лигнинсульфоновая кислота разрушается очень медленно. Вредное действие лигнинсульфоновой кислоты прежде всего сказывается в том, что оно увеличивает вязкость воды, а также влияет на ее запах, цвет и вкус. Рыба также приобретает при этом неприятный вкус. Распад лигнинсульфоновой кислоты длится многие недели и, таким образом, сточные воды целлюлозной промышленности надо рассматривать как долговременный источник загрязнения. Сухую лигниновую кислоту можно сжечь, но при этом образуется большое количество SО₂, действие которого также надо устранять [4].

К числу продуктов, распад которых идет с трудом и длится более двух дней, относятся также хлорированные углеводороды, как, например, органические растворители с одним-двумя атомами углерода, полихлорированные бифенилы и хлорорганические пестициды. Хлоруглеводороды могут образоваться уже в самой воде, когда хлорированная вода входит в контакт с продуктами распада гумуса [4].

Хлорированные углеводороды, широко применяемые в качестве средств

борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, с переносчиками инфекционных болезней, уже многие десятилетия вместе со стоком рек и

через атмосферу поступают в Мировой океан. ДДТ и его производные, полихлорбифенилы и другие устойчивые соединения этого класса сейчас обнаруживаются повсюду в Мировом океане, включая Арктику и Антарктику [2].

Они легко растворимы в жирах и поэтому накапливаются в органах рыб, млекопитающих, морских птиц. Будучи ксенобиотиками, то есть веществами полностью искусственного происхождения, они не имеют среди микроорганизмов своих «потребителей» и поэтому почти не разлагаются в природных условиях, а только накапливаются в Мировом океане. Вместе с тем они остро токсичны, влияют на кроветворную систему, подавляют ферментативную активность, сильно влияют на наследственность [3].

Вместе с речным стоком в океан поступают и тяжелые металлы, многие из которых обладают токсичными свойствами. Общая величина речного стока составляет 46 тыс. км воды в год. Вместе с ним в Мировой океан

поступает до 2 млн. т свинца, до 20 тыс. т кадмия и до 10 тыс. т ртути. Наиболее высокие уровни загрязнения имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении Мирового океана играет и атмосфера. Так, например, до 30% всей ртути и 50% свинца, поступающих в океан ежегодно, переносится через атмосферу [2].

По своему токсичному действию в морской среде особую опасность представляет ртуть. Под влиянием микробиологических процессов токсичная неорганическая ртуть превращается в гораздо более токсичные органические формы ртути. Накопленные благодаря биоаккумуляции в рыбе или в моллюсках соединения метилированной ртути представляют прямую угрозу жизни и здоровью людей. Вспомним хотя бы печально известную болезнь «минамато», получившую название от японского залива, где так резко проявилось отравление местных жителей ртутью. Она унесла немало жизней и подорвала здоровье многим людям, употреблявшим в пипцу морские продукты из этого залива, на дне которого накопилось немало ртути от отходов близлежащего комбината [3].

Ртуть, кадмий, свинец, медь, цинк, хром, мышьяк и другие тяжелые металлы не только накапливаются в морских организмах, отравляя тем самым морские продукты питания, но и самым пагубным образом влияют на обитателей моря. Коэффициенты накопления токсичных металлов, то есть концентрация их на единицу веса в морских организмах по отношению к морской воде, меняются в широких пределах - от сотен до сотен тысяч, в зависимости от природы металлов и видов организмов. Эти коэффициенты показывают, как накапливаются вредные вещества в рыбе, моллюсках, ракообразных, планктонных и других организмах [3].

Для всех загрязняющих веществ вводят нормативы, называемые предельно допустимыми концентрациями (ПДК), более подробно рассмотрим их во второй главе [9].

1.2 БАКТЕРИАЛЬНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер [2].

Органические соединения природного происхождения за некоторыми исключениями (например, лигнин) быстро разрушаются микроорганизмами. Иначе ведут себя многочисленные синтетические органические соединения. Для их разрушения микроорганизмам не хватает многих специфических ферментов. Поэтому для устранения некоторых органических соединений необходим дифференцированный подход [2].

Процесс биологической очистки воды связан с содержанием в ней кислорода. При достаточном количестве кислорода проявляется активность аэробных микроорганизмов, которые питаются органическими веществами. При этом обязуются СО₂ и Н₂О, а также нитраты, фосфаты, сульфаты и кислородсодержащие сомнения других элементов, которые содержались в исходных веществах. Выделенные нитраты и фосфаты играют особую роль в изменении состояния воды, так как в естественных водоемах они содержатся в столь малых количествах, что ограничивают рост растений и планктона. Если выделенные нитраты и фосфаты стимулируют рост водорослей и высших растений, то это будет способствовать усиленному росту зоопланктона и размножению высшей фауны, которые употребляют кислород для дыхания. С ростом числа живых организмов в воде увеличивается и количество отмирающих, для аэробного разрушения органических остатков которых также необходим кислород. При этом резко возрастает расход кислорода, и растения уже не могут восполнять eгo за счет фотосинтеза. Растворение кислорода воздуха также не идет достаточно быстро, особенно в тех случаях, когда поверхность водоемов остается спокойной. Если органические остатки не будут вскоре переработаны, вода на длительное время останется без кислорода, необходимого для жизнедеятельности флоры и фауны, вплоть до того, что аэробные микроорганизмы уже не смогут более существовать. Их массовая гибель соответственно сопровождается массовым размножением анаэробных микроорганизмов, которые разрушают всю биомассу путем брожения. Этот переход от аэробного к анаэробному состоянию воды называют опрокидыванием [2].

После анаэробного распада в результате целого ряда взаимосвязанных процессов брожения образуются СН₄, СО₂, Н₂О, NH₃ и H₂S. Фосфор находится к клетках организма в виде фосфата и выделяется в этой форме. Распавшиеся в анаэробных процессах органические вещества так изменяют состояние воды, что делают невозможным в обозримое время ее возвращение к аэробному состоянию, если не предпринимать искусственные меры. Постоянно выделяющиеся NH₃ и H₂S еще сильнее отравляют воду [5].

Особую форму органических загрязнений представляют собой фекалии, так как они содержат патогенные микробы, присущие организмам человека и животных. Поэтому пробы воды при определении ее гигиенического состояния должны проверяться на содержание кишечных палочек (Escherichia coii, Klebsiella и др.). В отличие от других видов бактерий они могут жить только в определенной питательной среде (желчь - лактоза), что и позволяет селективно и достаточно просто определять их в этой питательной среде [2].

Общее представление об уровне бактериального загрязнения можно получить, выращивая в универсальной питательной среде бактерии в пробе воды в течение двух суток при 37 °С [2].

Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне и др. В подземные воды уран, стронций и другие элементы попадают как в результате выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивных продуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами, так и в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами [2].

1.3 МЕХАНИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод [1].

Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение (а точнее, засорение) твердыми отходами (мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем [1].

Загрязняющие вещества условно можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяют нерастворимые, коллоидные и растворённые примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические [1].

Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворимых кислот, щелочей и другие. Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные и животные. Растительные органические загрязнения вызываются остатками растений, плодов, овощей и злаков, растительного масла. Загрязнения животного происхождения - это физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества [1].

Бактериальное и биологическое загрязнения вносятся главным образом бытовыми сточными водами и стоками некоторых промышленных предприятий (бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые производства, биофабрики, предприятия микробиологической промышленности) [1].

1.4 ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделению ядовитых газов - сероводорода, метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения. По существующим санитарным нормам температура водоема не должна повышаться более чем на 3⁰С летом и 5⁰С зимой, а тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 12--17 кДж/м³ [4].

Серьёзной экологической проблемой является то, что обычным способом использования воды для поглощения тепла на тепловых электростанциях является прямая прокачка пресной озерной или речной воды через охладитель и затем возвращение её в естественные водоёмы без предварительного охлаждения. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется озеро площадью 810 га, глубиной около 8,7 м [4].

Электростанции могут повышать температуру воды по сравнению с окружающей на 5-15 С. В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают [4].

Тепловой шок - это крайний результат теплового загрязнения. Результатом сброса в водоёмы нагретых стоков могут быть иные, более коварные последствия. Одним из них является влияние на процессы обмена веществ [4].

В результате повышения температуры воды содержание в ней кислорода падает, тогда как потребность в нём живых организмов возрастает. Возросшая потребность в кислороде, его нехватка вызывают жестокий физиологический стресс и даже смерть. Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб - вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию [4].

Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого «цветения воды». Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека [4].

Ущербы, образовавшиеся в результате теплового загрязнения, можно разделить на:

- экономические (потери вследствие снижения продуктивности водоёмов, затраты на ликвидацию последствий от загрязнения);

- социальные (эстетический ущерб от деградации ландшафтов);

- экологические (необратимые разрушения уникальных экосистем, исчезновение видов, генетический ущерб) [4].

Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота [4].

ГЛАВА 2. ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

В нашей стране защита окружающей среды регулируется рядом законов и общегосударственных постановлений: «О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов» (1972), «О мерах по дальнейшему улучшению охраны лесов и рациональному использованию лесных ресурсов» (1977), Закон «Об охране и использовании животного мира» (1980), Закон «Об охране атмосферного воздуха» (1980) [8].

В 70-е годы были приняты многочисленные постановления, предусматривающие выполнение природоохранных мероприятий регионального уровня (об охране водных и биологических ресурсов уникального водоема - озера Байкал, о мерах по предотвращению загрязнения морей - Балтийского, Каспийского, Черного, Азовского и отдельных рек - Волги, Урала и др.) [8].

В 80-90-е годы природоохранная деятельность в стране продолжала развиваться. Мероприятия по охране природы стали неотъемлемой частью планов социально-экономического развития страны, был установлен порядок проведения обязательной экологической экспертизы новой технологии, техники, материалов [8].

В 2000 году Государственной думой принят в первом чтении «Закон об охране окружающей среды» [8].

В числе мероприятий по охране природы важное место принадлежит проблеме предупреждения повышения содержания загрязняющих веществ в природных средах. Контрольными показателями при этом являются предельно допустимые концентрации (количества) - ПДК [8].

Обеспечение регламентируемых значений ПДК может быть достигнуто двумя путями - рассеиванием химических веществ в воздушной или водной среде или строгим контролем за их выбросами. Первый путь упрощает задачи производственников, так как не требует совершенствования технологии производства и строительства дорогостоящих очистных сооружений, а сводится к строительству высотных труб и разбавлению сбрасываемых стоков поверхностными водами. Современное состояние окружающей среды требует полностью отказаться от подобных методов «защиты» биосферы от химических загрязнений и перейти к ограничению выбросов, а в дальнейшем для многих объектов - к их полному прекращению [8].

2.1 КОНЦЕПЦИЯ ПДК

Проблема сохранения окружающей среды в каждой стране решается в соответствии с особенностями ее социального устройства и уровня развития производства. Даже в экономически развитых странах в подавляющем большинстве современных производственных процессов пока еще используют открытые технологические циклы, которые не исключают выбросов вредных веществ в окружающую среду. Если в стратегическом плане максимальное внимание отраслевой науки должно быть уделено разработке безотходных технологий с комплексной переработкой сырья в замкнутых производственных циклах, то сохранение качества окружающей среды при использовании технологий сегодняшнего дня требует разработки эффективных сооружений для очистки и обезвреживания промышленных стоков, выбросов и отходов и строгого нормирования поступления в биосферу тех или иных токсикантов [8].

Для предотвращения негативных последствий воздействия загрязняющих веществ на отдельные компоненты природной среды необходимо знать их предельные уровни, при которых возможна нормальная жизнедеятельность и функционирование организмов. Основной величиной экологического нормирования содержания вредных химических соединений в компонентах природной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК). ПДК - это такое содержание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. При определении ПДК учитывается не только влияние загрязняющего вещества на здоровье человека, но и его воздействие на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом [8].

ПДК загрязняющих веществ для воздуха, воды, почвы, для пищевых продуктов и кормов устанавливаются в законодательном порядке или рекомендуются компетентными учреждениями. В настоящее время установлены ПДК большого количества вредных веществ для воздушной и водной среды и сравнительно недавно начаты исследования по разработке ПДК загрязняющих веществ для почвы [8].

2.2 ПДК ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНОЙ СРЕДЕ

В нашей стране нет единых общегосударственных норм качества воды, поскольку ее пригодность определяется конкретными требованиями отдельных видов водопользования [8].

Качество поверхностных вод нормировано для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Для первых двух категорий определяющими являются санитарно-гигиенические нормы - СаНПиН 2.1.4.559 - 96 (табл. 2) [8].

Таблица 2

Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов, используемых для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей

Показатели	Воды I категории (хозяйственно-питьевые)	Воды II категории (культурно-бытовые)
Взвешенные вещества	По сравнению с природными условиями содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться при сбросе сточных вод не больше чем на 0,25 мг/л 0,75 мг/л
Плавающие примеси	На поверхности воды не должно быть пленок нефтепродуктов и скоплений других примесей
Запахи и вкусы	Интенсивность более 2 баллов не допускается
Окраска	Не должна обнаруживаться в столбике воды 20 см 10 см
Температура	Летняя температура в результате спуска сточных вод не должна повышаться более чем на 30С по сравнению со среднемесячной температурой в самый жаркий месяц за последние 10 лет
Водородный показатель рН	Не должен выходить за пределы 6,5 - 8,5
Минерализация воды	Не должна превышать по сухому остатку 1000 мг/л, в том числе хлоридов 350 мг/л и сульфатов 500 мг/л	Нормируется по показателю «привкусы»
Растворенный кислород	Не менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч дня
Биохимическое потребление килорода (БПКполн)	При 200С не должно превышать 3 мг/л 6 мг/л
Возбудители заболеваний	Не допускаются
Ядовитые вещества	Не должны содержаться в концентрациях, оказывающих прямо или косвенно вредно влияние на здоровье людей

Для воды установлены предельно допустимые концентрации более чем 960 химических соединений, которые объединены в три группы по следующим показателям вредности (ЛПВ - лимитирующий показатель вредности: санитарно-токсикологическому (с.-т.); общесанитарному (общ.); органолептическому (орг.) [8].

ПДК некоторых вредных веществ в водной среде представлены в таблице 3 [9].

Таблица 3

ПДК некоторых загрязняющих веществ в питьевой воде по данным ВОЗ и нормативам РФ (содержание в 1 литре воды, 1 пг = 10-12 г, 1 нг = 10-9 г, 1 мкг = 10-6 г, 1 мг = 10-3)*

Вещество	ПДК	Показатель вредности /класс опасности **
Диокисны, пг/л	20	С/1
Нефтепродукты, мкг/л	100
ПАВ, скг/л	500
Фенолы, мкг/л	250
Алюминий (Al3+), скг/л	500	С/2
Барий (Ва2+), мкг/л	100	С/2
Бериллий (Ве2+), нг/л	200	С/1
Бор (В), мкг/л	500	С/2
Железо (Fe), суммарно, мкг/л	300	О/3
Кадмий (Cd), суммарно, мкг/л	1	С/2
Марганец (Mn), суммарно, мкг/л	100	С/3
Медь (Cu2+), мг/л	1	С/3
Молибден (Мо), суммарно, мкг/л	250	С/2
Мышьяк (As), суммарно, мкг/л	50	С/2
Ртуть (Hg), неорганические формы	500	С/1
Свинец (Pb), суммарно, мкг/л	30	С/2
Нитраты (NO3-), мг/л	45	О/3
Сульфаты (SO42-), мг/л	500	О/4
Фториды (F-), мкг/л	700	С/2
Хлориды (Cl-), мг/л	350	О/4
Цианиды (CN-), мкг/л	35	С/2
Никель (Ni), суммарно, мкг/л	100	С/3
*ПДК для рыбохозяйственных водоемов устанавливается ниже ПДК питьевой воды в 2-10 раз, т.к. учитывается возможность накопления ядовитых веществ в питьевых цепочках человека ** Показатели вредности «С» - санитарно-токсикологический, т.е. установленный, исходя из содержания микроорганизмов или токсичности; «О» - органолептический, т.е. установленный по прозрачности, цвету, наличию запаха, вкусу и жесткости. Класс опасности определяется по 50%-й летальной (смертельной) дозе Dl50, выраженной в мг на 1 кг массы тела: 15? Dl50 - «1» (чрезвычайно опасное вещество), : 150? Dl50?15 - «2» (высоко опасное вещество), 5000? Dl50?150 - «3» (умеренно опасное вещество), Dl50?5000 - «4» (мало опасное вещество)



Самые высокие требования предъявляются к питьевой воде. Государственный стандарт на воду, используемую для питья и в пищевой промышленности (ГОСТ 2874-73), определяет благоприятные для человека органолептические показатели воды: вкус, запах, цвет, прозрачность , а также безвредность ее химического состава и эпидемиологическую безопасность. Одни и те же требования предъявляются к воде из любого источника водоснабжения независимо от способа ее обработки и конструкции водозабора и водопровода. Вкус воды обусловлен растворимыми в ней веществами (табл. 4). Нередко неприятный привкус и запах сообщают воде продукты разложения животных и растительных организмов, например сероводород. Напротив, кислород, диоксид углерода, небольшое количество гидрокарбоната кальция, растворенные в воде, придают ей приятный, освежающий вкус. Питьевая вода в любое время года не должна содержать менее 4 г/м³ кислорода, а наличие в ней минеральных примесей не должно превышать следующих величин [8]:

Хлориды (Cl-)	350	Цинк (Zn2+)	5,0
Cульфаты (SO42-)	500	Алюминий (Al3+)	0,5
Железо (Fe3+; Fe2+)	0,3	Метафосфаты (РО3-)	3,5
Марганец (Mn2+)	0,1	Фосфаты (РО43-)	3,5
Медь (Cu2+)	1,0	Сухой остаток	1000

Таблица 4

Предельная концентрация солей, вызывающих вкусовые ощущения

Соли	Концентрация соли, мг/л
	Вкус еле ощутимый, неопределенный	Вкус, воспринимаемый как неприятный
NaCl	150	500 (cоленый)
MgCl2	100	400 (горький)
MgSo4	200	500 (горький)
CaSO4	70	150 (вяжущий)
KCl	350	700 (горький)
FeSO4	1,5	5,0 (железистый)
MnCl2	2,0	4,0 (болотный)
FeCl2	0,3	0,5 (болотный)

Таким образом, вода пригодна для питья, если ее общая минерализованность не превышает 1000 мг/л [8].

Очень малая минерализованность воды (ниже 100 мг/л) тоже ухудшает ее вкус, а воды, вообще лишенная солей (дистиллированная), вредна для здоровья, так как ее употребление нарушает пищеварение и деятельность желез внутренней секреции [8].

Запах воды также зависит от химического состава примесей и от растворенных в ней газов. Различают запахи естественного происхождения (от живущих и отмирающих в воде организмов, воздействия почв и грунтов, срубов колодцев) и искусственного происхождения (от случайного попадания сточных вод, от реагентов, используемых для обработки воды). Интенсивность запаха оценивают по пятибалльной системе, причем для питьевой воды при температуре 20-60⁰С она не должна превышать двух баллов [8].

Шкала оценок интенсивности запаха воды представлена в таблице 5 [8].

Таблица 5

Оценка интенсивности запаха воды

Баллы	Интенсивность запаха	Характеристика запаха
0	Никакого	Отсутствие ощутимого запаха
1	Очень слабый	Обнаруживаемый опытным исследователем
2	Слабый	Не привлекающий внимания, но такой, который можно заметить
3	Заметный	Запах, легко обнаруживаемый и могущий вызвать неодобрение
4	Отчетливый	Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья
5	Очень сильный	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

Запах воды, подвергнутой хлорированию, определяют через 30 мин после введения хлора. Государственный стандарт устанавливает также цвет и прозрачность питьевой воды. Цветность воды определяют колориметрически, сравнивая ее с эталонной шкалой (платино-кобальтовой или кобальто-дихроматной), имитирующей эту цветность. Окраска питьевой воды по этим шкалам не должна превышать 20 условных градусов [8].

Степень прозрачности (или, напротив, мутности) воды зависит от количества содержащихся в ней взвешенных частиц. Взвеси, содержащиеся в воде, не только портят ее вкус, но и служат благоприятной средой для развития болезнетворных бактерий. Поэтому стандарт строго ограничивает их содержание: в водопроводной воде концентрация взвешенных веществ не должна превышать 1,5 мг/л [8].

Разумеется, питьевая вода не должна содержать токсических химических веществ в концентрациях, вредных для человеческого организма. Строго регламентированы реакция среды, которая в питьевой воде должна быть близка к нейтральной (рН 6,5-8,5), и температура питьевой воды в водопроводных сетях. Содержание в питьевой воде большого количества растворимых солей магния и кальция не только ухудшает ее вкус, но и обусловливает жесткость воды. Жесткая вода неприменима в ряде отраслей промышленности, в теплотехнике и неблагоприятна при ее бытовом использовании. В ней труднее развариваются многие продукты и их питательная ценность уменьшается, резко ухудшается моющая способность и возрастает расход мыла. Употребление жесткой воды способствует развитию ряда заболеваний. Допускается жесткость питьевой воды не выше 7 ммоль и лишь в отдельных случаях по согласованию с санитарно-эпидемиологической службой допускается использование в водопроводных сетях воды с жесткостью до 10 ммоль [8].

Вопрос доброкачественности питьевой воды решают путем определения количества кишечной палочки в 1 л воды. Кишечная палочка - это микроб, постоянно обитающий в кишечнике человека и животных и, следовательно, безвредный. Однако ее присутствие в воде свидетельствует о наличии в ней выделений людей или животных и о возможности загрязнения воды болезнетворными бактериями. Согласно нормам, в 1 л питьевой воды может содержаться не более трех бактерий группы кишечной палочки (БГКП). Это число называется коли-индексом воды; обратная величина, т.е. количество миллилитров воды, в котором находится одна кишечная палочка, называется коли-титром. Питьевая вода, безупречная в бактериальном отношении, должна иметь коли-титр не менее 333 [8].

Угроза поступления болезнетворных бактерий может исходить не только от питьевой воды, но и от воды, используемой для купания, занятий спортом и т. п. Пригодность водных объектов для этих целей регламентирует группа Государственных стандартов (табл. 6) [8].

Таблица 6

Пригодность воды для использования по содержанию в ней бактерий группы кишечной палочки (БГПК)

Водный объект	Содержание БГПК в 1 л воды (коли-индекс)	Использование воды	Примечание
Подземные воды	Не более 3	Для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (без водоподготовки)	ГОСТ 2874-82
Район водопользования моря	Не более 1000	Для купания людей	Правила санитарной охраны прибрежных вод морей № 1212-74
Поверхностные воды	Не более 1000	Для купания людей	ГОСТ 17.1.5.02-80
	Не более 10000	Для лодочно-парусного спорта	ГОСТ 17.1.5.02-80
	Не более 10000	Для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (с водоподготовкой)	ГОСТ 17.1.3.01-77

Для водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях, также установлены нормативы качества воды применительно к двум категориям:

I - использование водных объектов для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;

II - использование водных объектов для других рыбохозяйствен-
ных целей [8].

ПДК вредных веществ для рыбохозяйственных водоемов и водотоков установлены для 521 ингредиента, объединенных в группы по следующим ЛПВ: токсикологическому, органолептическому, рыбохозяйственному и общесанитарному. Вода для поения животных, согласно нормативам, не должна уступать качеству питьевой воды, однако требования, предъявляемые к органолептическим свойствам, могут быть несколько снижены. Лишь в исключительных случаях, в районах с дефицитом пресной воды, по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы и ветеринарного надзора для мытья и поения животных, приготовления кормов и уборки помещений допускается использование воды повышенной минерализации. Самые жесткие требования необходимо предъявлять к санитарному состоянию воды, используемой в животноводстве, поскольку заражение животных через воду и развитие эпизоотии причиняют огромный ущерб народному хозяйству [8].

Условия, при которых возможен сброс коммунально-бытовых и производственных сточных вод в водоемы и водотоки, определяют «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» № 1166, утвержденные в 1974 г. соответствующими министерствами и ведомствами; сброс сточных вод в прибрежных районах морей регламентируется «Правилами санитарной охраны прибрежных вод морей», утвержденными в 1974 г. Согласно последнему нормативному документу, спуск сточных вод в прибрежных районах морей, отведенных для оздоровительных и рекреационных целей, запрещается [8].

Необходимо отметить, что используемые в настоящее время методы оценки качества воды с помощью системы ПДК загрязняющих веществ не дают полного представления о состоянии природных вод и не являются достаточной гарантией их охраны от загрязнения [8].

Сами Правила рассчитаны на обеспечение чистоты реки или водоема лишь в створах пунктов питьевого, культурно-бытового или рыбохозяйственного водопользования. Такой подход уже привел к тому, что многие реки нашей страны загрязнены локально или непрерывно почти на всем протяжении. В непроточных и слабопроточных водоемах процессы самоочищения протекают еще медленнее и нередко возникают аварийные ситуации. Такие явления возникли в Ладожском озере - одном из источников водоснабжения Санкт-Петербурга, во многих крупных водохранилищах. Все современные очистные сооружения построены с использованием деструктивных методов очистки, которые сводятся к разрушению загрязняющих воду веществ путем их окисления, восстановления, гидролиза, разложения и т. п., причем продукты распада частично удаляются из воды в виде газов или осадков, а частично остаются в ней в виде растворимых минеральных солей. В результате так называемые нетоксичные минеральные соли поступают в природные воды в количествах, соответствующих ПДК, но во много раз превышающих их естественные концентрации в водной среде. Поэтому сброс в реки и водоемы сточных вод, прошедших глубокую очистку от органических соединений азота, фосфора, серы и других элементов, тем не менее, повышает содержание в воде растворимых сульфатов, нитратов, фосфатов и других минеральных солей, вызывающих эвтрофикацию водоемов, их «цветение» за счет бурного развития синезеленых водорослей; последние, отмирая, поглощают массу кислорода и лишают воду способности к самоочищению [8].

Современная промышленность ежегодно синтезирует много новых веществ; установление их ПДК неизбежно запаздывает, тем более что, попадая в воду, эти вещества могут создавать новые, неисследованные комбинации соединений с неизвестными свойствами [8].

Таким образом, существующие ПДК, разработанные санитарно-гигиенической службой, далеко не полностью отражают влияние чужеродных веществ на водные экосистемы. Необходима разработка экологических ПДК и оценка состояния природных вод не только по общесанитарным, органолептическим и химическим показателям, но и по биохимическим и микробиологическим характеристикам, отражающим уровень жизни гидробионтов [10].

ГЛАВА 3. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ РЕКИ ВОЛГИ

В тяжёлом экологическом положении находится Волга - крупнейшая река Европы и одна из величайших в мире. Волжский водосбор занимает четвертую часть площади европейской части страны. Притоки Волги - Кама, Ока, Белая, как и еще около 150 тысяч рек, речек, ключей. В бассейне живёт более 60 млн. человек, здесь производится более 30% промышленной и сельскохозяйственной продукции нашей страны [11].

Из-за неумелого, неразумного, экологически безграмотного хозяйствования, ведомственного подхода к использованию природных богатств, к развитию промышленного и сельскохозяйственного производства экологическая ситуация в районе Волги приняла катастрофический характер [11].

Много раз река перегорожена глухими плотинами - тромбами. Полвека назад паводковые воды проходили русло реки от истоков до устья за 40 дней, теперь этот путь занимает 500 суток. Двенадцатикратное растяжение сроков водообмена грозит задыхающейся от загрязнения реки необратимыми последствиями [11].

Объём загрязнённых сточных вод, сбрасываемых в бассейн Волги, составляет 37% от общего объёма образующихся на территории России. В районе расположения крупных промышленных предприятий и городов Верхней Волги высока загрязненность нефтепродуктами, особенно в акватории Рыбинска и Ярославля. Вода проявляет мутагенную активность, что подтвердили три разных биотеста. В Саратовском водохранилище содержание меди колеблется от 5-12 до 10-21 ПДК. В районе Астрахани содержание фенолов, нефтепродуктов, соединений меди и цинка колеблется от 5 до 12 ПДК [11].

Результаты последних исследований ихтиологов превзошли худшие прогнозы. На нескольких участках реки Волга и Оки у 100% выловленных рыб выявлены серьезные генетические аномалии. Рыбы страдают не только циррозом печени и ожирением, но и болезнями глаз: глаза вылезают из орбит и затем вообще отваливаются. Еще одной из наиболее часто встречающейся аномалией стало искривление скелета. По предварительным данным, содержание токсинов в организме аномальных плотвы, лещей и рыб других пород превышает норму в десятки, а то и в сотни раз [11].

Сокращение водообмена и одновременное увеличение объёма сточных вод от промышленных предприятий и агропромышленного комплекса создали тяжёлую гидрохимическую обстановку. Возникла угроза гибели экосистем в дельте Волги, нанесён ущерб здоровью людей [11].

С 1996 года действует постановление правительства РФ «О первоочередных мероприятиях по оздоровлению экологической обстановки на реке Волге и ее притоках, восстановлению и предотвращению деградации природных комплексов Волжского бассейна». Позднее начата и продолжается по сей день реализация программы «Возрождение Волги», разработанной Нижегородским архитектурным институтом [11].

3.1 ВОЛЖСКАЯ РЫБА МУТИРУЕТ ИЗ-ЗА ЯДОВИТОГО CНЕГА?

Саратовские экологи бьют тревогу: с весенним половодьем в реку и ее притоки хлынули более 200 тысяч тонн талого «черного» снега [11].