Водные ресурсы земли и их загрязнение

В определенных размерах сброс сточных вод в естественные водоемы допустим, так как природно-аквальные комплексы способны к самоочищению. При достаточно большом содержании в воде кислорода микроорганизмы   превращают  органические  вещества   стоков а минеральные  соли.  Часть  органики    потребляется   рыбами. Минеральные соли, в свою очередь, усваиваются растениями.  В  естественных  условиях  процессы  самоочищения водоемов   протекают   и   завершаются на разном расстоянии от места сброса нечистот. Это расстояние зависит от мощности водостока,    его гидрологических  и  гидробиоло-гических особенностей,  от  количества и качества загрязняющих веществ. Если сброс нечистот превышает возможности  природно-аквальных комп-лексов к самоочищению, происходит их  деградация.  При этом  быстро расходуется    кислород,  растворенный в воде, что приводит к нарушению биологических  процессов,    прекращению  процессов самоочистки. В результате степень загрязнения вод возрастает настолько, что резко снижаются возможности их использования, -- происходит качественное истощение водных ресурсов.

Для организации охраны вод от загрязнения крайне важно располагать данными о том, какое количество тех или иных стоков может быть очищено естественным образом в речной или озерной воде, за какое время, и на каком расстоянии от мест сброса. На основе таких материалов можно правильно сочетать искусственные и естественные способы очистки стоков. Способность природно-аквальных комплексов к самоочищению необходимо учитывать также при размещении и строительстве очистных сооружений. Даже после самой совершенной очистки стоки очистных станций содержат не менее 10-20% наиболее стойких загрязнителей. Поэтому для вторичного использования очищенных стоков необходимо 12-кратное их разбавление чистыми естественными водами с большим содержанием кислорода.

С каждым годом все более значительные объемы воды расходуются на разбавление как очищенных, так и неочищенных стоков. В результате во многих регионах мира произошло качественное истощение водных ресурсов, все водоемы в той или иной степени загрязнены. Уже в настоящее время при относительно небольшом количестве сточных вод (примерно 600 км³ в год) на их разбавление расходуется около 30% устойчивого стока рек мира. Несмотря на совершенствование промышленных технологий количество сточных вод растет. В 2000 г. на их разбавление потребуется израсходовать все мировые ресурсы речного стока. Строительство дорогостоящих и самых совершенных очистных сооружений лишь отодвигает сроки качественного истощения водных ресурсов, но не может полностью решить эту проблему.

Пресные воды загрязняются не только промышленными и канализационными стоками. За  последние  десятилетия очень опасным источником загрязнения стали  нефтепродукты. Даже небольшое количество  нефти в водоеме может резко сократить или даже полностью ликвидировать   способность   природно-аквальных   комплексов к самоочищению. 1 т нефти покрывает воду тончайшей мономолекулярной пленкой на площади 12 км².  Эта пленка препятствует газообмену    воды и воздуха, затрудняет насыщение воды    кислородом и тем самым препятствует   нормальному   ходу   процессов   биологической очистки. Рост во всех странах количества автомобилей,   водно-моторного  транспорта  остро  ставит  проблемы защиты вод от нефтепродуктов.    Для борьбы с нефтяным   загрязнением   принимаются   все   более  строгие  меры.  Например,  на  озерах-водохранилищах  канала  им. Москвы  запрещено движение  моторных  лодок.  Все крупные суда должны иметь специальные емкости для приема загрязненных вод.

Значительную  угрозу  для    водоемов   представляют минеральные удобрения и ядохимикаты, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды.  Насыщение водоемов рядом  минеральных веществ (азот, фосфор и др.)  приводит к их эвтрофикации. Эвтрофикацией называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов», в первую очередь соединений азота и фосфора. Эвтрофикация -- нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна. Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности, а также из-за смыва избыточно внесенных удобрений с полей.  А это в свою очередь заставляет решать ряд новых сложных  проблем   в   организации   рационального   водопользования. После  загрязнения  минеральными  удобрениями круг возможного использования вод резко сужается. Иногда они вообще не годятся ни для каких целей.

В последние годы все шире распространяется тепловое загрязнение водоемов. Теплые, отработанные воды, которые   используются  для   охлаждения    агрегатов     и реакторов тепловых и ядерных электростанций, в значительных  количествах  накапливаются  в  водохранилищах, озерах и реках. Это сопровождается значительными изменениями в их экологических условиях. Термальные  загрязнения   вызывают    уменьшение    содержания кислорода  в  воде,  ухудшают    условия    жизни  многих водных  организмов,  способствуют   развитию  сине-зеленых водорослей, значительно  увеличивают токсичность загрязняющих  воду примесей,  изменяют сроки  нереста рыб и т. д.

Во все большем числе экономически развитых стран и регионов приходится решать сложные проблемы  водоснабжения. Так, в США около 150 млн. человек пьют воду, которая уже была в употреблении и прошла сложный и дорогой путь очистки до питьевых стандартов. Но, несмотря на самые совершенные методы подготовки, эта вода уступает натуральной по целому ряду своих качеств. Сложные проблемы водоснабжения приходится решать Нидерландам, для которых прежде основным источником водоснабжения служил Рейн. Ныне Рейн приносит в Нидерланды сточные воды Швейцарии, Бельгии, Люксембурга,  ФРГ и  Франции.

Три четверти населения мира испытывает острую нехватку чистой питьевой воды. По данным Всемирной организации здравоохранения, в результате использования недоброкачественной питьевой воды в мире ежегодно заболевает около 500 млн. человек. В связи с этим Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 1981-1990 гг. Международным десятилетием обеспечения питьевой водой и улучшения санитарных условий.

Таким образом, региональные и глобальные проблемы охраны ресурсов пресных вод, их рационального использования обусловлены главным образом качественным истощением гидроресурсов.

Основные источники загрязнения гидросферы

Уровень загрязнения рек, озер, морей и океанов с каждым годом возрастает. Особую и едва ли не самую серьезную роль в загрязнении водных объектов играет сброс отработанных промышленных вод. Они загрязняют более 1/3 всего речного стока. Например, в США за 70 лет загрязненность рек выросла в 10 раз, что привело к запрещению купания в реке Миссисипи и ее притоках. Не лучшим образом обстоит дело и с водоемами, расположенными в Европейской части России. Так, концентрация аммонийного и нитритного азота увеличилась в 1,5 раза, количество взвешенных и органических веществ достигает от 2 до 12 ПДК, содержание фенолов -- от 10 до 41 ПДК, тяжелых металлов -- от 8 до 24 ПДК.

Наибольший вклад в загрязнение водных объектов сточными водами вносят такие отрасли промышленности, как черная и цветная металлургия, химическая, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная и пищевая.

В зависимости от технологических особенностей производств сточные воды можно разделить на:

реакционные воды, загрязненные как исходными веществами, так и продуктами реакции;

воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах;

воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования;

водные экстрагенты и абсорбенты;

бытовые воды из туалетов, после мытья помещений, душевых;

воды, стекающие с территории промышленных предприятий, загрязненные различными химическими веществами.

Промышленные сточные воды могут иметь кислую, нейтральную или щелочную среду, что приводит к изменению естественного рН в водоемах, в которые сбрасываются эти воды.

В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов; в бытовых отходах содержание органических веществ составляет 32-40%. Эти вещества, попадая в почву, создают в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов.

В случае образования в водоемах поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводороды, нарушается газообмен на границе сред воздух--вода. Кроме того, загрязняющие вещества могут аккумулироваться в клетках и тканях гидробионтов и оказывать токсическое действие на них.

Поверхностные воды в промышленно развитых густонаселенных регионах подвергаются загрязнению коммунально-бытовыми и промышленными стоками, стоками сельхозпредприятий и др. Например, в пределах столицы ежегодно в р. Москву станциями аэрации сбрасывается до 4·10⁶м³ сточных вод; к ним нужно добавить 8·10³м³ сточных вод, поступающих от промышленных предприятий. Всего в бассейн р. Москвы поступает 9·10³ т загрязняющих веществ, основу которых составляют соединения азота, нефтепродукты, металлы. Все это приводит к тому, что в черте города в водах р. Москвы в 2 раза возрастает количество взвешенных частиц, в 1,5 раза увеличивается минерализация, концентрация растворенного кислорода уменьшается до 1,5-2,0 мг/л, в 5 раз увеличивается концентрация биогенных элементов, в 2 раза по сравнению с фоновым возрастает содержание металлов и нефтепродуктов. По количеству сбрасываемых в водоемы стоков в РФ лидирует Москва -- 2367-10⁶ м³, далее следуют Санкт-Петербург -- 1519·10⁶ м³, Ангарск -- 529·10⁶ м³, Красноярск -- 416·10⁶ м³, Новосибирск -- 316·10⁶ м³ .

Еще одним источником загрязнения природных вод являются атмосферные воды, несущие в себе вымываемые из воздуха загрязняющие вещества промышленного происхождения. При стекании по поверхности земли атмосферные и талые воды увлекают за собой органические и минеральные вещества из почвы. В первую очередь это касается территорий санитарно неблагоустроенных населенных пунктов, сельскохозяйственных объектов и угодий, особенно в период весеннего паводка, что приводит к сезонному ухудшению качества питьевой воды.

Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, которые содержат большое количество поверхностно-активных моющих средств, также являются источниками загрязнения природных вод. Наличие в стоках поверхностно-активных моющих средств губительно сказывается на флоре и фауне. Например, 10-25 мг моющих химических средств на 1 л воды ядовиты для водной флоры. При концентрации моющих средств 1 мг/л гибнет планктон, при 3 мг/л -- дафнии, 15 мг/л -- рыбы. Кроме того, в городских сточных водах может содержаться в среднем (мг/л): 1б,9 -- калия, 0,5 -- меди; 0,5 -- свинца; 0,8 -- железа; 23,2 -- натрия; 0,2 -- цинка; 6,6 -- фосфора, 4,53 -- жиров. Разложение большого количества органических веществ в стоках приводит к дефициту кислорода и накоплению сероводорода, в результате чего со временем такие водоемы «умирают».

Большое значение для организации водопотребления и водопользования имеет состояние подземных вод, которое может нарушаться проведением мелиоративных и гидротехнических работ, строительством городов и поселков, сооружением и эксплуатацией шахт и рудников. В результате уровень грунтовых вод может меняться на обширных территориях. Так, в районе Курской магнитной аномалии осуществление работ в местах добычи полезных ископаемых вызвало появление депрессионных воронок, а затем заметное изменение водного режима и характера растительности на расстоянии 50-60 км от карьеров. Интенсивная откачка из глубин нефти, газа или воды может повлечь за собой оседание почвы на больших территориях, изменение путей подземных потоков и их скоростей, что может привести к разрушению первичных структур. Кроме того, откачка подземных вод из шахт, рудников и карьеров и сброс их на поверхность ведут к загрязнению рек и водоемов.

Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение вредных веществ. Объем таких захоронений составляет около 10% всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. Основанием для использования морей и океанов в качестве полигонов для захоронения различных отходов послужила способность морской воды к переработке большого количества органических и неорганических веществ. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому такой подход можно рассматривать как вынужденную меру, подтверждающую несовершенство технологий по переработке и уничтожению отходов производства и потребления. В результате аварий судов, промывки резервуаров танкеров, утечек нефти при добыче ее в шельфовой зоне ежегодно в воды Мирового океана попадает до 15-16 т нефти. Каждая 1 т нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 км2 поверхности и загрязняет до 1 млн т морской воды.

Особо следует остановиться на захоронении в морях и океанах радиоактивных отходов. Захоронение радиоактивных отходов (РАО) в море рассматривается как изоляция этих опасных веществ от среды обитания человека на период, достаточный для физического распада радионуклидов. Захоронение жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и твердых радиоактивных отходов (ТРО) осуществлялось многими странами, имеющими атомный флот и атомную промышленность. Первые захоронения РАО в морях были произведены в 1946 г США в северо-восточной части Тихого океана на расстоянии 80 км от побережья Калифорнии. С 1947 г сбросы стали производиться Великобританией и др. До 1983 г практиковался сброс ТРО в открытое море.

В России возникают свои проблемы, связанные с захоронением РАО в морях, омывающих ее территорию. В СССР захоронение РАО началось в 1957 г. Только по ТРО в северные и дальневосточные моря суммарный сброс составляет 53376 м³ с активностью 21614 Ки. Одновременно производится захоронение ЖРО, суммарный слив которых в северные моря составил 190435 м³ с активностью 23753 Ки. Не меньший вред по загрязнению водных объектов наносят удобрения и ядохимикаты (пестициды), применяемые в сельском хозяйстве, которые, попадая на поверхность почвы, смываются с нее и оказываются в водоемах.