Тема 3: Источники и характер загрязнения природных водоемов

Качество воды - это сочетание химического и биологического состава и физических свойств воды, определяющее ее пригодность для конкретных видов водопользования, в зависимости от назначения воды и особенностей технологического процесса. Требования к качеству всех видов вод, кроме сточных, устанавливаются отечественными государственными стандартами (ГОСТами).

Загрязнение гидросферы происходит с нарастающей скоростью. При прохождении через гидрологический цикл вода загрязняется взвешенными и растворенными веществами - как природными компонентами, так и отходами человеческой деятельности.

Источники загрязнения вод делятся на четыре большие группы.

1. Производственные или промышленные сточные воды, использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых.

2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки.

3. Атмосферные воды - дождевые и от таяния снега, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения.

4. Сточные воды сельскохозяйственных предприятий, включающие канализационные воды и смывы с полей удобрений и пестицидов.

Загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы, так как процессы самоочищения в водной среде протекают медленее, чем в воздухе. Кроме того, источники загрязнения водной среды более разнообразны и процессы, протекающие в ней, более чувствительны, чем те, которые протекают в атмосфере.

Основными неорганическими  (минеральными)   загрязнителями пресных и  морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды.  Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном,  а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Отходы, содержащие ртуть,  свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем,  подавляя  развитие фитопланктона. Отходы,  содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек.  Дальнейшая ее миграция сопровождается  накоплением  метиловой  ртути  и  ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность  приобрела болезнь Минамата,  впервые обнаруженную японскими учеными у людей,  употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата,  в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.

Кроме того  к опасным загрязнителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных  стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять pН водной среды до значений 5,0 или выше 14,0,  тогда как рыба в пресной  и  морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5.

Среди основных источников  загрязнения  гидросферы  минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство.

Опасными загрязнителями являются сточные воды, поступающие с промышленных предприятий и сельскохозяйственные стоки (фекальные, удобрения, пестициды). С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн.т.  солей.

Большую опасность представляют загрязнения вод радиоактивными веществами.

Особым видом загрязнения водоемов является «тепловое» загрязнение, вызываемое сбросом в них подогретой воды, используемой для охлаждения турбин ТЭЦ и других целей. Немаловажную проблему создало сбрасывание в водоемы нагретых производственных вод с температурой 35-37^оС. Вследствие этого температура у мест сброса на большой площади повышается на несколько градусов, что приводит к гибели растительного и животного мира. Кроме изменения среды обитания водных организмов электростанции могут оказывать на них и физическое влияние.  Солёная вода, использующаяся для охлаждения, оказывает сильное коррозирующее влияние на металлические поверхности и вызывает высвобождение ионов металлов, особенно меди, в воду.  Ракушечные животные накапливают медь в таких количествах, что становятся непригодными для использования их человеком. Если тепловое загрязнение усугубляется поступлением  в водоём органических и минеральных веществ (смыв удобрений с полей, навоза с ферм, бытовых стоков), происходит процесс эвтрофикации, то есть резкого повышения продуктивности водоёма.  Азот и фосфор, служа питанием для водорослей, в том числе микроскопических, позволяет последним резко усилить свой рост. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего идёт процесс их массового отмирания и гниения, сопровождающийся ускоренным потреблением кислорода,  вплоть до полного его исчерпания. А в этом случае, как уже говорилось, вся экосистема может погибнуть.

Опасными загрязнителями являются нефть и нефтепродукты. Ежегодно в океан попадает более 10 млн. т нефти. Загрязняют поверхность танкеры, содействует загрязнению и утечка нефти при подводном бурении. Обеспокоенность общественности нефтяным загрязнением обусловливается неуклонным ростом экономических потерь в рыболовстве, туризме и других сферах деятельности. Только 1 т нефти способна покрыть до 12 км²поверхности моря. А нефтяная плёнка нарушает все физико-химические процессы: повышается температура поверхностного слоя воды, ухудшается газообмен, рыба уходит или погибает, но и осевшая на дно нефть долгое время вредит всему живому. Нарушается обмен океана с атмосферой: энергией, газами, теплом и влагой, в результате перестаёт размножаться планктон – основной продукт питания морских обитателей. В верхних 5-10 см водной толщи развивается богатейшее сообщество самых разнообразных организмов. Его называют нейстоном. Здесь находится «питомник» молоди очень многих видов рыб и беспозвоночных животных, которые, вырастая, населяют водную толщу  и дно морей и океаном. На поверхности же накапливается вещества-загрязнители, в том числе нефть и нефтепродукты.

Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое  значение для обитателей водной среды имеют  не  только  минеральные, биогенные элементы,  но и органические остатки. Вынос  в океан  органического  вещества  оценивается  в 300 - 380  млн.т./год. Сточные воды,  содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество,  пагубно влияют на состояние водоемов.  Осаждаясь, суспензии заливают  дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться  вредные соединения и отравляющие вещества,  такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке.  Наличие суспензий  затрудняют также проникновение света в глубь воды, и замедляет процессы фотосинтеза.

Одним из основных санитарных требований,  предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества  кислорода.  Вредное действие оказывают все загрязнения, которые, так или иначе, содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - жиры,  масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между  водой и атмосферой,  что снижает степень насыщенности воды кислородом.

Значительный объем  органических  веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми  стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Сильно загрязнены Средиземное море, заливы и моря Японии, многие реки во всех странах мира. Во многих реках концентрация вредных веществ-загрязнителей достигает предельно допустимых величин, а в каждой седьмой реке их концентрация превышает ПДК в 10 раз и более. В период обработки пестицидами рисовых полей в ряде южных стран концентрация этих ядохимикатов превышает ПДК в сотни раз. Уловы осетровых, сельдевых и других рыб в когда-то самом продуктивном море мира - Азовском - упали в 25 раз.

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько  замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва  загрязняются бытовыми отходами.  Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища,  озера).  Разлагаясь в  водной  среде,  органические отходы могут стать средой для патогенных организмов.  Вода, загрязненная органическими отходами,   становится  практически  непригодной  для питья и других надобностей.  Бытовые отходы опасны не  только тем, что  являются  источником  некоторых  болезней  человека (брюшной тиф,  дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода.  Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизиться ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.

Для уменьшения степени загрязнения природных вод сточными водами в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений»качество воды водоема после сброса в него сточных вод должно соответствовать определенным требованиям. Количество растворенного в воде кислорода - не менее 4 мг/л. Содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться более чем на 0,25 и на 0,75 мг/л для водоемов рыбохозяйственного и хозяйственно-бытового водопользования соответственно. Минеральный осадок - не более 1000 мг/л, в том числе хлориды - 350 мг/л, сульфаты - 500 мг/л. Запахи и привкусы должны отсутствовать. Кислотность воды (рН) - в диапазоне от 6,5 до 8,5. На поверхности воды не должно быть плавающих примесей, пленок, пятен масел, нефтепродуктов. В воде не должны содержаться ядовитые вещества в концентрациях, оказывающих вредное воздействие на людей и животных. Категорически запрещается сбрасывать в водоемы радиоактивные сточные воды. Выполнение этих требований обязательно для проектировщиков, строителей и эксплуатационников. Правила ориентируют на преимущественное сокращение объемов сточных вод с вредными примесями путем внедрения прогрессивных технологий и водооборотных циклов.