Загрязнение гидросферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГИДРОСФЕРЫ

1. Природное загрязнение

Природное загрязнение вод может быть внеземным и земным. Внеземное загрязнение связано с поступлением в водную среду остатков метеоритов и космической пыли различного химического и радиационного состава. Природное земное загрязнение гидросферы связано с вулканической деятельностью, выветриванием горных пород и переносом песка пустынь, землетрясениями, наводнениями, селями, цунами и другими явлениями.

Природные воды могут быть загрязнены различными примесями, подразделяемыми на группы по их биологическим и физико-химическим свойствам. К первой группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в молекулярном или ионном состоянии (это две разные подгруппы). Вторая группа - это вещества, которые образуют с водой взвеси или коллоидные системы (это также две разные подгруппы). В коллоидном состоянии могут быть минеральные или органические частицы, нерастворимые формы гумуса и отдельные вирусы. Взвесями же чаще всего является планктон, бактерии и нерастворимые мельчайшие твердые частицы.

Содержание естественных (природных) частиц в поверхностных водах неодинаково. Минимальное содержание солей характерно для северных рек, а для южных, питаемых подземными водами, - максимальное, до 1,5 г/л. По виду исходных (природных) солей, превалирующих в воде, реки подразделяются на гидрокарбонатные (Волга, Днепр), сульфатные (Дон, Северный Донец), а также хлоридные.

2. Антропогенное загрязнение

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 отходов подвергалась очистке тем или иным методом, другая половина сбрасывалась в водоемы без какой-либо очистки. 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:

- атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные и талые воды дополнительно увлекают с собой массы веществ. Особенно опасны стоки городских улиц, промышленных площадок, несущие массы нефтепродуктов, мусора, фенолов, кислот;

- городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностно-активные моющиеся средства), микроорганизмы, в том числе патогенные;

- промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду черная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленность.

При технологических процессах выделяются следующие виды сточных вод:

- реакционные воды, образующиеся в процессе реакций с выделением воды. Эти воды загрязнены как исходными веществами, так и продуктами реакции;

- воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свободная или связанная вода), в результате переработки загрязняются всевозможными веществами;

- промышленные воды - воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования, маточные водные растворы;

- водные экстрагенты и абсорбенты.

В результате аварии судов, промывки резервуаров танкеров, утечек нефти, при добычи 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 водной поверхности и загрязняет до миллиона тонн морской воды. Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, т.е. нарушает газообмен между атмосферой и гидросферой.

Значительная загрязненность морей нефтепродуктами повышает альбедо гидросферы до 15-20%. Мировой океан отравляется не только нефтепродуктами, в него попадает речной неочищенный сток, тяжелые металлы (свинец, цинк, медь, кадмий), которые накапливаются в пищевых цепях, конечным звеном в которых является человек.

3. Загрязнение вод в Алтайском крае

В Алтайском крае имеется 48 организованных водовыпус-ков сточных вод в водные объекты, в т.ч. из 41 выпуска стоки сбрасываются недостаточно очищенные или без очистки. Объем сточных вод, сброшенных в поверхностные водные объекты в 1995 г., сократился по сравнению с 1994 г. на 5-6% и составил 266,8 млн м³ , из них 17,1% отнесены к категории загрязненных (без очистки или недостаточно очищенных). Основной объем загрязненных сточных вод сброшен промышленными предприятиями городов Барнаула, Бийска, Камня-на-Оби, Яровое, Рубцовска, Змеиногорска - 89,5%.

По сравнению с 1994 г. объем сброса загрязненных сточных вод уменьшился на 7,8%, нормативно очищенных - на 4,0, нормативно чистых (без очистки) на 7,3%. Со сточными водами в поверхностные воды объектами в 1995 г. сброшено более 40 наименований загрязняющих веществ, в т.ч. сброшено, т: нефтепродуктов - 60, взвешенных веществ - 2590, сульфатов - 8250, хлоридов - 9070, нитратов - 450, фосфора - 508, азота аммонийного - 370, фенолов - 0,07, СПАВ (синтетическое поверхностно-активных веществ) - 20,0.

Практически по всем компонентам в 1995 г. имело место снижение объемов сброса, и лишь по азоту аммонийному, СПАВам и нитратам - незначительное увеличение.

Источником загрязнения водных объектов является и сельское хозяйство. Повышение урожайности культур и продуктивности земель неизбежно связано с применением ядохимикатов, используемых для подавления вредителей, болезней растений и сорняков. Эти ядохимикаты неизбежно попадают на поверхность почвы или в верхние ее слои, смываются на большие расстояния, оказываясь в конце концов в водных объектах.

Интенсификация земледелия вызывает излишние обработки почвы, разрушение ее структуры, нерегулируемое снегонакопление вызывает поверхностный сток талых вод, смыв почв, образование оврагов, заиление водных объектов, повышение содержания почвенных коллоидов, ухудшение кислородного обмена на границе раздела сред гидросфера-атмосфера.

На Бие-Чумышской возвышенности, в Косихинском районе, основными современными рельефообразующими факторами являются три реки: Большая Лосиха, Бобровка, Жилиха и их многочисленные притоки. Притоки и ручьи берут начало в болотах и оврагах, имеют питание за счет атмосферных осадков и родников. На территории района находится 6 озер. Самое крупное - Красилово - 166 га, второе по величине озеро - Огурцово - 46 га. В районе построено 36 прудов и водоемов, наибольший из них - в с. Лосиха - площадью свыше 200 га. Таким образом, по гидрологическому признаку вся территория района является единой экосистемой, загрязнение ее является комплексным.

В связи с такой ситуацией решение всех народно-хозяйственных задач требует комплексного подхода. Это относится к Бие-Чумышской возвышенности и Приобскому плато, где твердый сток является основой для формирования взвешенных наносов, биологических поглотителей кислорода (БПК) и других загрязнений (табл. 1).

Таблица 1 Размеры усредненных величин твердого стока некоторых рек Бие-Чумышской возвышенности и Приобского плато (по А.Д. Орлову)

В формировании взвешенных наносов большую роль играет ветровой режим и технологии основной обработки почвы. По отвальной зяби, как правило, наблюдается выдувание почвы в зимний период. Например, в ОПХ «Докучаево» АНИИСХ в снежных шлейфах лесополос, сформировавшихся при метельном перемещении снега, по отвальной обработке в каждом литре снеговой воды содержалось 20-25, а по плоскорезной - только 3-4 г почвы.

Установлено, что объем твердого стока зависит от многих факторов и изменяется по годам и периодам года. Например, в летнюю межень уровень воды реки Большая Лосиха изменяется в течение ряда лет. По сравнению с 1997 г. расход воды в реке Большая Лосиха в 1998 г. снизился с 2,66 до 2,13 м³/с, а скорость течения снизилась с 0,56 до 0,53 м/с, т.е. на 0,53 м³/с и 0,03 м/с соответственно. В 1999 и 2000 гг. эти показатели были на 15-20% выше, чем в 1997 г. Это, вероятно, связано с годовыми осадками и другими метеорологическими факторами.

Уточняющую картину смыва почв дает дифференцированное изучение стока наносов по технологиям возделывания сельскохозяйственных культур и агрофонам (табл. 2).

Таблица 2. Показатели поверхностного стока в бассейне р. Ляпихи на склоне 1-5? юго-восточной экспозиции, Приобское плато (по А.Н. Кащанову и В.Е. Мусохранову, 1983)

По данным Государственного доклада, за 2001-2003 гг. уровень загрязненности р. Чарыш в районе с-за «Чарышский» существенно не изменился. Повысилось содержание БПК с 0,78 до 0,92 ПДК. Снизилось содержание взвешенных веществ с 6,4 до 4,0 ПДК. Среднее содержание взвешенных веществ и азота аммонийного составляло соответственно 4,9 и 0,7 ПДК. На р. Алей ниже г. Алейска содержание БПК повысилось с 0,90 до 1,48 ПДК. Среднее содержание БПК и взвешенных веществ составило соответственно 1,14 и 8,10 ПДК. За анализируемые годы на р. Чумыш у р. п. Тальменка среднее содержание азота аммонийного и взвешенных веществ составило соответственно 0,72 и 5,10 ПДК. В р. Барнаулке в районе г. Барнаула повысилось содержание азота аммонийного с 2,00 до 2,85 ПДК. Содержание БПК и взвешенных веществ осталось неизменным, и среднее значение составило 1,6 и 3,3 ПДК соответственно.

Функционирование животноводства как отрасли предполагает образование больших масс мертвой органики (навоза, подстилки), жидких стоков (моча и пр.), которые опять-таки могут оказываться в водных объектах. Эти объекты не ядовиты, но их массы огромны (для получения 1 кг мяса требуется до 70-90 кг кормов), и, несмотря на их нетоксичность, они ведут к тяжелым экологическим последствиям для водных экосистем. Сточные воды, содержащие органические вещества (не только от животноводства), содержат массу биогенных элементов, в том числе азота и фосфора. В результате происходит массовое размножение организмов фитопланктона, в первую очередь сине-зеленых и бурых водорослей, а также высших водных растений. Эти организмы рождаются, размножаются, отмирают, а масса органического вещества в водном объеме 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 воздействием антропогенных или естественных (природных) факторов, собственно анаэробные процессы представляют собой вторичное загрязнение воды. Эвтрофикация может быть следствием смыва с поверхности полей азотных и фосфорных удобрений и попадания в воду легкоокисляемых минеральных соединений.

Большую опасность представляют загрязнения вод радиоактивными веществами.

Известно, что качество подземных вод в значительной мере зависит от литологического строения, подземного и поверхностного стока. Процессы формирования химического состава подземных вод Приобского плато зависят от множества факторов, в т.ч. и от глобального переноса солей в атмосферной влаге, геологоструктурного и литологического строения, подземного и поверхностного стока. По данным В.И. Заносовой (2006), неоднородность засоления подземных вод Южно-Приалейской и Верхне-Приобской провинций объясняется исторической обусловленностью и дренированностью территории. Вместе с тем следует иметь ввиду и тот факт, что реки Кучук, Кулунда и Бур-ла транзитом уносят соли с Приобского плато, Касмала и Барна-улка проходят на плато через ряд соленых озер, вызывают проникновение поверхностных соленых вод в нижележащие горизонты.

В 2005 г. Россельхознадзор обнаружил в районе Телецкого озера гексахлоран, который, вероятно, влиял на качество питьевой воды р. Бии и, естественно, р. Оби. Аналогичная ситуация может возникнуть и на другой территории. В бассейне р. Чарыш расположен Курьинский полигон захоронения пестицидов сельского хозяйства. Во время обследования полигона были обнаружены участки почвы (пятна) с интенсивным загрязнением ядохимикатами, со специфическими запахами, цветом и структурой, с ослабленным растительным покровом. Пятна - результат несанкционированного завоза ядохимикатов.

Анализ общего загрязнения полигона показывает, что практически на всей поверхности почвы полигона реально существует загрязнение гексахлораном и 2М-4Х на значительную глубину, на всей территории полигона растения содержат в различных дозах гексахлоран. Меры по объектам подобного рода:

- закрыть ядохимикаты гумусовым слоем 50-70 см;

- восстановить защитные канавы в нижней части полигона и закрыть выход воды из искусственного водоема;

- организовать регулярный отбор образцов воды из защитных канав, водоема на полигоне, р. Колыванки и Колыванского озера; продолжать мониторинг водной среды, почвы и подпочвы, растений, микроорганизмов.

4. Водопотребление, водопользование и их влияние на окружающую среду

Важнейшей задачей в условиях производства является установление допустимых нагрузок на водные объекты в результате водопользования и водопотребления. Водопользование - это использование воды без ее изъятия из мест естественной локализации. Водопользование осуществляют в основном рыбное хозяйство, водный транспорт, гидроэнергетика, рекреация. Во-допотребление - это использование воды, связанное с изъятием ее из мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием или с возвращением в источники водозабора в измененном (загрязненном) состоянии. Крупнейшие водопотре-бители - сельское хозяйство, промышленность и культурно-бытовое хозяйство.

Потребление воды промышленностью, сельским хозяйством, другими сферами человеческой деятельности достигло в настоящее время огромных размеров. По оценкам специалистов, безвозвратное водопотребление составляет около 150 км³ в год, т.е. 1% устойчивого стока пресных вод. По расчетам, потребность в воде на Земле до 2000 г. возросла в среднем на 3,1% в год. В настоящее время люди ежегодно расходуют 3000 км³ пресной воды.

Больше всего воды потребляет сельское хозяйство. При этом теряется 3/4 ее безвозвратно. Например, при выращивании зерновых культур на 1 т за вегетационный период требуется от 800 до 1100 т, на 1 т хлопка-сырца или риса - в 2-3 раза больше.

В промышленности вода используется для приготовления растворов, охлаждения и нагревания жидкостей и газов, очистки растворов и газовых смесей, для транспортировки сырья и удаления отходов, мытья помещений, тары, оборудования и пр. Поэтому потребность в воде еще очень велика. Так, на производство 1 т продукции расходуется воды, м³: стали, чугуна - 15-20; кальцинированной соды - 10; серной кислоты - 25-80; азотной кислоты - 80-180; синтетического волокна и меди - 500; синтетического каучука - 2000-3000 и т.д. Эти расходы нежелательны с позиции экологии и охраны окружающей среды, ибо запасы воды в местах водопользования (как правило районы крупных городов) недостаточны.

Различают 5 основных аспектов водоохранных мероприятий водопотребления и водопользования: юридический, экономический, технический и организационный и, главный, - экологический.

5. Нормативные требования к качеству воды

загрязнение гидросфера сточная вода

Основное нормативное требование к качеству воды в водных объектах - соблюдение установленных предельно допустимых концентраций, т.е. группы экологических стандартов, оценивающих состояние окружающей среды в целом. Санитарное состояние водных объектов и качество их воды у мест пользования должно соответствовать нормативным показателям, т.е. ПДК.

Предельно допустимая концентрация примеси в воде водного объекта - это нормативный показатель, который исключает неблагоприятное влияние на организм человека и возможность ограничения или нарушения нормальных условий хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и других видов водопользования.

Состав и свойства воды водных объектов должны соответствовать нормативам в створе, заложенном на водотоках, в 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (хозяйственно-питьевое, место купания, организованного отдыха, территория населенного пункта и т.п.), а на непроточных водах - в 1 км по обе стороны от пункта водопользования.

В условиях крупных населенных пунктов с большим населением сточные воды нередко сбрасывают в черте города, т.е. первым пунктом водопользования в данном случае является данный населенный пункт, согласно п. 19 Правил, в подобных случаях требования, устанавливаемые к составу и свойствам воды водоема или водотока, должны относиться к самим сточным водам, кроме тех случаев, когда выпускное устройство сразу обеспечивает разбавление примеси до неопасных концентраций. Для инженера это означает, что сточные воды должны либо очищаться, либо разбавляться перед сбросом в водный объект, либо рассеиваться сразу после выпуска до установленных нормативов - ПДК. Для нужд населения используют только пресную воду, содержащую определенное количество растворимых солей и нерастворимых примесей, в случае превышения этих показателей природная вода подвергается очистке, направленной на удаление взвешенных веществ и солей, в основном калия и магния.

В каждой категории водопользования с точки зрения качества воды предъявляются различные требования, например, присутствие такого хлорорганического ядохимиката, как гексахлоран. В хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых объектах допускается в очень ограниченных количествах: ПДК 0,02 мг/л, в воде рыбохозяйственных водоемов присутствие этих веществ вообще не допускается (ПДК = 0), что объясняется прогрессивным накоплением этих веществ в последовательных звеньях пищевых цепей.

Некоторые вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на организм только при попадании внутрь, другие опасны как при попадании внутрь, так и при контактном воздействии. Соответственно, присутствие первых ограничивает возможности для купания и умывания (санитарное ограничение), а вторых - исключает как купание, так и использование воды для питьевых нужд и приготовления пищи (санитарно-токсикологическое ограничение).

Некоторые вещества вредны в сравнительно высоких концентрациях именно при контактном или органолептическом воздействии, и поэтому их ПДК в водных объектах первой категории имеют высокие значения с общесанитарной точки зрения. Однако в водных объектах второй категории они оказываются вредными для ихтиофауны. И здесь на первое место выдвигается их токсическое действие, соответственно нормы ПДК на эти вещества ужесточаются. Например, если в водных объектах первой категории ПДК аммиака составляет (по азоту) 2 мг/л, то второй категории - в 40 раз ниже. Есть вещества малоядовитые, но обладающие резким запахом, например, нефтепродукты, в водных объектах первой категории преимущественное значение имеет запах, и поэтому в основу ограничения кладутся органолептические свойства воды, загрязненной нефтью (ПДК = 0,3 мг/л), однако мясо рыб, обитающих в загрязненной нефтепродуктами воде, обладает более резким запахом, кроме того, нефть токсична для икры, личинок, мальков, поэтому в таких водоемах присутствие нефти лимитируется прежде всего по рыбохозяйственному показателю и ПДК снижается до 0,05 мг/л.

Размещено на Allbest.ru