2(2). Загрязнение водных ресурсов (Черного моря) в районе предприятия

2.1. Введение

В морскую акваторию города в процессе хозяйственно-бытовой деятельности населения и производственной деятельности промышленных предприятий со стационарных источников сброса осуществляется поступление следующих видов загрязняющих веществ: органические вещества, нефтепродукты, взвешенные вещества, сухой остаток, СПАВы, фосфаты, аммонийный азот, нитриты, нитраты, хлориды, железо, медь и другие. Приведенные ингредиенты не охватывают весь перечень загрязняющих веществ сбрасываемых в море. Этот список обозначает ингредиенты, наиболее часто встречающиеся в статистической отчетности предприятий по сбросам загрязняющих веществ в поверхностные водоемы - 2ТП (водхоз). Кроме этого перечисленные ингредиенты относятся к максимальным по массе сбросов веществам.

2.2. Источники загрязнения и загрязняющие вещества

Органические вещества

Органические вещества животного и растительного происхождения попадают в сточную жидкость в виде углеводов, жиров и белков, а также в виде продуктов их обмена. В жидкой фазе стоков они находятся в виде тонких суспензий, коллоидов и в растворе. Содержание органических веществ в сточных водах определяется биохимической потребностью в кислороде. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – наиболее часто применяемый показатель при определении степени загрязнения бытовых и промышленных сточных вод, содержащих органические вещества. Самое широкое применение этот показатель находит при определении нагрузки на очистные установки и при оценке эффективности их работы.

В частности БПК 5 – это количество кислорода, потребляемого смешанной популяцией микроорганизмов при аэробном окислении органических веществ в пробе сточной воды при температуре 20ºC в течении пяти дней. На Рисунке 1 представлено распределение массы сброса органических веществ в течении года в акваторию моря по 20 предприятиям и воинским частям города. Первая цифра позиции диаграммы определяет массу сброшенных органических веществ, вторая – процентное содержание в общей массе сброса.

Нефтепродукты

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) – подразделяются на 4 класса:

Парафины (алкены) – (до 90% от общего состава) – устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

Циклопарафины - (30- 60% от общего состава) – насыщенные циклические соединения с 5 – 6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

Ароматические углеводороды - (20-40% от общего состава) – ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полициклические (пирен).

Олефины (алкены) - (до 10% от общего состава) – ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в водной среде. В водную среду поступает около 6 млн. т. нефти в год, что составляет 0,23 % мировой добычи.

Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину. В частности:

- едва заметная пленка. Толщина - 0,038 мкм, Количество разлитых нефтепродуктов составляет 44 л / км².

- серебристый отблеск пленки. Толщина - 0,076 мкм. Количество разлитых нефтепродуктов составляет 88 л / км².

- следы окраски пленки. Толщина - 0,152 мкм, Количество разлитых нефтепродуктов составляет 176 л / км².

- ярко окрашенные разводы пленки. Толщина - 0,305 мкм. Количество разлитых нефтепродуктов составляет 352 л / км².

- тускло окрашенные разводы пленки. Толщина - 1,016 мкм. Количество разлитых нефтепродуктов составляет 1170 л / км².

- темно окрашенные разводы пленки. Толщина - 2,032 мкм. Количество разлитых нефтепродуктов составляет 2310 л / км².

Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 1–10% (280 нм), 60 –70% (400 нм).

Пленка толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую – "нефть в воде"– и обратную – "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей поверхностно-активные вещества. При

удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно. Кроме этого нефть и нефтепродукты содержат кроме органических также токсичные неорганические вещества-соединения элементов, содержащиеся в морских водах в микроконцентрациях. Распад нефтепродуктов приводит к загрязнению морской воды этими неорганическими веществами. Существуют процессы обмена между морской средой и нефтепродуктами. В период относительной устойчивости нефтепродукта подстилающий его слой морской воды может обогащаться и обедняться микроэлементами, что в обоих случаях создает условия для возникновения отрицательного экологического эффекта.

На Рисунке 2 представлено распределение массы сброса нефтепродуктов в течении года в акваторию моря по 20 предприятиям и воинским частям города. Первая цифра позиции диаграммы определяет массу сброшенных нефтепродуктов, вторая - процентное содержание в общей массе сброса.

Взвешенные вещества и сухой остаток.

Под взвешенными веществами понимают частицы минерального и органического происхождения, имеющие большие размеры чем коллоиды, и находящиеся в воде во взвешенном состоянии. Взвешенные вещества обладают способностью сорбировать растворенные и коллоидные формы веществ. Данные вещества являются носителем токсичных и физиологически активных химических элементов. Поэтому его свойства как загрязняющего вещества усиливаются.

Инертные взвешенные твердые частицы, попадающие в море, обуславливают появление мутности, которая затрудняет фотосинтез. Твердые частицы постепенно оседают на дно, приводя к гибели обитающих на дне организмов, что нарушает воспроизводительный цикл рыб. Основными источниками поступления взвешенных веществ являются: поверхностный сток с примыкающих территорий, речной вынос, сброс недостаточно очищенных сточных вод и осаждение отмирающих водных микроорганизмов. На Рисунке 3 представлено распределение массы сброса взвешенных веществ и сухого остатка в течении года в акваторию моря по 19 предприятиям и воинским частям города.

СПАВ (синтетическое поверхностно-активное вещество).

СПАВы относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскую среду.

СМС содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированную соду, карбоксиметил-целлюлозу, силикаты натрия. В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионоактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионоактивные синтетические поверхностно-активные вещества (АСПАВ) или детергенты. На их долю приходится более 50% всех производимых в мире СПАВ. В настоящее время в общем объеме производства и применения моющих средств значительно увеличилась их доля. Детергенты токсичны, их токсичность увеличивается в присутствии других загрязняющих веществ, содержащихся в морской воде. Кроме того данные вещества способны увеличивать токсичность других загрязняющих веществ. Присутствие в морских водах детергентов усиливает отрицательное действие для живых существ в морской воде хлорофоса, анилина, цинка, железа, пестицидов. Некоторые детергенты усиливают токсичность топливных масел. Также их токсичность усиливается с увеличением минерализации природных вод.

СПАВ поступают в гидросферу вместе с бытовыми стоками населенных пунктов и сточными водами промышленных предприятий. На Рисунке 4 представлено распределение массы сброса СПАВов в течении года в акваторию моря по 20 предприятиям и воинским частям.

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, железо, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в море через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий.

Железо.

Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы сброса его как загрязняющего вещества со стоками в море, а также химическое выветривание горных пород, которое сопровождается их механическим разрушением и растворением. Значительные количества железа могут поступать с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и сельскохозяйственными стоками. Железо обнаруживается в основном в водах с низкими значениями рh.

Основной формой нахождения железа в поверхностных водах являются комплексные соединения его с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом гумусовыми веществами.

Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме. Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Обычно в водоемах с высокой биологической продуктивностью в период летней и зимней стагнации заметно увеличение концентрации железа в придонных слоях воды. Осенне-весеннее перемешивание водных масс (гомотермия) сопровождается окислением Fe(II) в Fе(III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)₃. Содержание железа в воде выше 1–2 мг/л значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования в технических целях.