Загрязнение поверхностных и подземных вод в результате хозяйственной деятельности человека

В настоящее время состояние водных объектов во многих регионах мира, в том числе, и Казахстане, в целом следует признать неблагоприятным. Среди множества проблем, обострившихся в последние годы, можно выделить наиболее важные: ухудшение качества вод и обострение вопросов хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Согласно Концепции экологической безопасности на 2004-2015 годы, наиболее острыми экологическими проблемами Республики Казахстан, наряду с изменением климата и озонового слоя, загрязнением атмосферного воздуха, почвенного покрова и другими, являются проблемы, связанные с загрязнением водоисточников.

На XXXV сессии Генеральной Ассамблеи ООН было объявлено, что более миллиарда людей планеты страдает от недостатка доброкачественной воды, необходимой для питья и хозяйственных нужд. А в связи с глобальным загрязнением поверхностных вод централизованное водоснабжение все в большей степени ориентируется на подземные воды. Напомним, что в Казахстане состояние водных ресурсов оценивается общей недостаточностью, продолжающимся их загрязнением и истощением. Разведанные запасы подземных вод составляют 16 км³ . Также как и в других странах все большую остроту приобретает проблема пресной воды.

Объем потребления хозяйственно-питьевых вод в нашей стране снизился в 2002 году вдвое по сравнению с 1995 годом. В расчете на душу населения воды хозяйственно-питьевого назначения приходится в среднем около 150 л/сутки. Сельское население республики потребляет в три раза меньше воды, чем городское.

Ежегодный объем сброса сточных вод составляет более 5 млрд. м³, при этом наибольший вклад в него вносят Карагандинская, Южно-Казахстанская, Павлодарская, Мангистауская, Алматинская, Кызылординская области. За последние годы отмечается стабилизация объемов загрязненных стоков (без очистки и недостаточно очищенных) на уровне 155 млн. м³ в год.

Из 44 обследованных водных объектов в Казахстане к «чистым» отнесено 9 рек, 2 озера и 2 водохранилища, а к «грязным» и «очень грязным» – 6 рек и 1 водохранилище. Сильно загрязненными остаются воды рек Илек, Нура, Иртыш.

По данным, приведенным в Государственной программе развития сельских территорий Республики Казахстан на 2004-2010 годы, 637 сельских населенных пунктов страны (8,3%) используют питьевую воду, не соответствующую нормативам качества (с сухим остатком выше 1,5 г/л), в т.ч. в 176 из них минерализация составляет 2-3 г/л. Больше всего таких населенных пунктов в Северо-Казахстанской, Акмолинской, Кызылординской областях.

Как было уже сказано ранее, пресную воду можно получать из трёх природных водоисточников: атмосферных осадков, открытых водоёмов и подземных вод. Эти источники значительно различаются как по количеству получаемой из них воды (дебиту), так и по качественному составу.

Несмотря на то, что подземные воды в значительно большей степени защищены от воздействия внешних факторов, по сравнению с поверхностными водами, однако в условиях растущей техногенной нагрузки на окружающую среду и они подвергаются загрязнению. Техногенные компоненты обнаруживаются уже не только в верхних, слабо защищенных, водоносных горизонтах, но и в глубоких артезианских резервуарах.

Загрязнение как поверхностных, так и подземных вод влечет за собой целый ряд экологических и социальных последствий. Требует серьезного внимания распространение загрязняющих компонентов воды по пищевым цепям. В этом случае токсические элементы попадают в организм человека не только с питьевой водой, но и через растительную и животную пищу. Даже если население не пьет загрязненную воду, а только использует ее для приготовления пищи, водопоя скота и полива растений, это может отразиться на здоровье не только нынешнего, но и последующих поколений.

Поскольку речь идет о качестве воды, дадим определение этому понятию.

Качество воды– это характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования (категории водопользования).

В Республике Казахстан водоемы, в зависимости от целевого использования, делятся на две категории.

К первой категории относятся водоемы, используемые в качестве источника централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Ко второй категории относятся водоемы, используемые для культурно-бытовых целей, рекреации, спорта, а также находящиеся в черте населенных пунктов.

Оценка качества воды проводится по определенным критериям, признакам, в зависимости от вида водопользования.

Качество воды определяется главным образом составом и количеством растворенных и взвешенных веществ, биомассы и микроорганизмов. Исторически сложилась система оценки качества природных вод, с одной стороны, по показателям, характеризующим среду (гидрохимические показатели), а, с другой стороны, по показателям, характеризующим состояние биоты (гидробиологические показатели).

Гидрохимические показатели позволяют судить о влиянии природных факторов и интенсивности антропогенного воздействия по концентрации и составу веществ, гидробиологические - дают возможность оценить ответную реакцию биоты на весь комплекс антропогенных факторов.

Согласно «Гигиеническим требованиям к составу и свойствам воды водных объектов в пунктах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» (2004 г.) ее качество в РК оценивается:

-по содержаниювзвешенных веществ (антропогенных и других) - содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться больше, чем на 0,25 мг/дм³ для водоема питьевого назначения и на 0,75 мг/ дм³ – культурного бытового назначения; для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/дм³ природных минеральных веществ, допускается увеличение содержания взвешенных веществ в воде в пределах 5,0%; взвеси со скоростью выпадения более 0.4 мм/сек для проточных водоемов и более 0,2 мм/сек для водохранилищ к спуску запрещаются;

-поплавающим примесям (веществам) - на поверхности водоема не должны обнаруживаться плавающие пленки, пятна минеральных масел и скопления других примесей;

- по некоторым органолептическим показателям (определяемым с помощью органов чувств человека) – запах – вода не должна приобретать несвойственных ей запахов интенсивностью более 1 балла, окраска – не должна обнаруживаться в столбике воды 20 см для I категории водоемов и 10 см для II категории водоемов и морей;

- по некоторым физическим показателям– температура – летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна повышаться более чем на 3°С по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца года за последние 10 лет;

- по ряду химических показателей: минеральный состав - ее не должен превышать по сухому остатку 1000 мг/дм³, в том числе по хлоридам – не более 350 мг/дм³, по сульфатам – не более 500 мг/дм³; концентрация химических веществ (ряда токсических веществ) – содержание не должно превышать предельно допустимые концентрации (ПДК).

ПДК – максимальная концентрация вещества в воде, которая при поступлении в организм в течение всей жизни не должна оказывать прямого или опосредованного влияния на здоровье населения в настоящих и последующих поколениях, в том числе в отдаленные сроки жизни, а также не ухудшать гигиенические условия водопользования.

ПДК для химических веществ в воде устанавливают с учетом лимитирующего признака вредности (ЛПВ):

· санитарно-токсикологического;

· общесанитарного;

· органолептического (с расшифровкой характера изменения органолептических свойств воды: зап. – изменяет запах воды, окр. – влияет на окраску, пен. – вызывает образование пены, пл. – образует пленку на поверхности воды, привк. – придает воде привкус).

Все химические вещества, загрязняющие воду, классифицируются следующим образом:

I класс – чрезвычайно опасные,

II класс – высокоопасные,

III класс – опасные,

IV класс – умеренно опасные.

В основу классификации заложены показатели, характеризующие различную степень опасности для человека химических соединений, загрязняющих воду, в зависимости от токсичности, кумулятивности, способности вызывать отдаленные эффекты, лимитирующего показателя вредности.

Классы опасности веществ учитывают при:

– выборе соединений, подлежащих первоочередному контролю в воде в качестве индикаторных веществ;

– установлении последовательности водоохранных мероприятий, требующих дополнительных капиталовложений;

– обосновании рекомендаций о замене в технологических процессах высокоопасных веществ на менее опасные;

– определении очередности в разработке чувствительных методов аналитического определения веществ в воде.

При поступлении в водные объекты нескольких веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности, относящихся к 1 и 2 классам опасности и с учетом примесей, поступивших в водной объект от вышерасположенных источников, учитывают сумму их вредного воздействия. При этом сумма отношений концентраций (C_l, C₂,... Сп) каждого из веществ в водном объекте к соответствующим ПДК не должна превышать единицы:

С₁/ПДК₁ + С₂/ПДК₂ + ... + Сn/ПДКn ≤ 1

Качество воды водоемов также согласно вышеуказанным гигиеническим требованиям оценивается по:

- водородному показателю (рН) – рН должен быть в пределах 6,5-8,5;

- растворенному кислороду–его содержаниене должно быть менее 4 мг/дм3 в любой период года, в пробе, отобранной до 12 часов дня:

- химическому потреблению кислорода (ХПК). ХПК – это количество кислорода, необходимое для химического окисления содержащихся в воде органических веществ.

ХПК не должен превышать:

для I категории водопользования – 15 мг О2 /дм³;

для II категории водопользования – 30 мг О2/ дм³;

- биологической потребности в кислороде (БПК).БПК – этоколичество кислорода, необходимое для биологического разложения органики за определенный отрезок времени (1, 2, 5, 20 суток).

БПК полное не должно превышать при 20°С:

для I категории водопользования – 3 мг О2/дм³;

для II категории водопользования – 6 мг О2/ дм³ ;

для зон рекреации – 4,0 мг О2/ дм³;

- микробиологическим и паразитологическим показателям, являющимися возбудителями различных заболеваний:

лактозоположительным кишечным палочкам (ЛКП)-не более 1000-50000 в дм³, в черте населенных мест в зависимости от класса поверхностного водоисточника (не распространяется на источники децентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения);

коли-фагам (в бляшкообразующих единицах) - не более 100 в дм3, (не распространяется на источники децентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения);

жизнеспособным яйцам гельминтов (аскарид, власоглав и др.), цистам патогенных кишечных простейших – не должны содержаться в 1 дм³.

Вышеуказанные микробиологические и паразитологические показатели позволяют оценить качество воды водоисточников в отношении бактериального и биологического загрязнений, которые представляют собой различные живые микроорганизмы: дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли, бактерии, вирусы, в том числе - возбудители тифа, паратифа, дизентерии, энтеровирусов, яйца гельминтов, содержащихся в выделениях людей и животных. Эти загрязнения с бытовыми сточными водами могут попасть в водоемы при нарушении требований, например, по планировке и строительству жилищ вдоль русел рек, при авариях или нарушениях в системах водоснабжения или канализации, в результате которых может произойти интенсивное биологическое загрязнение поверхностных и подземных водоисточников, а также питьевой воды.

Например, в г. Алматы, по территории которого протекают 22 реки, в некоторых реках, обнаружен большой уровень бактериологического загрязнения (следы свежефекальных загрязнений). Между тем, доказано, что в 1 г фекалий больного человека может содержаться более ста патогенных энтеровирусов, которые с хозяйственно-бытовыми сточными водами попадают в поверхностные водоемы и, в силу высокой устойчивости к воздействию физических и химических факторов окружающей среды, длительно сохраняются в воде. Поэтому они могут распространяться на значительные расстояния, загрязняя прибрежные рекреационные зоны, воду в пунктах водозабора, а также, преодолевая барьер водоподготовки, могут попасть в водопроводную распределительную сеть.

В последние годы усилия многих исследователей направлены на разработку иных подходов к решению проблемы оценки качества воды, в основе которых лежит использование комплексных характеристик состояния водных объектов.

Существующие на сегодняшний день за рубежом методы комплексной оценки загрязненности поверхностных вод принципиально разделяются на две группы:

· позволяющие оценивать качество воды по совокупности гидрохимических, гидрофизических, гидробиологических, микробиологических показателей;

· связанные с расчетом комплексных индексов загрязненности воды.

Первая попытка создать обобщенный показатель качества воды в США была предпринята в 1965 году. В 1970-х гг., с началом реализации программ по охране окружающей среды, активизировались работы по оценке качества воды. Появляются комплексные показатели загрязненности воды: коэффициент загрязненности по В.П. Белогурову с соавт., общесанитарный индекс В.И. по Гурария и А.С. Шайну. Национальная организация по санитарии (США) разработала индекс качества воды (WQI), включающий девять параметров – растворенный кислород, коли-индекс, рН, БПК₅, нитраты, фосфаты, температура, мутность, взвешенные вещества.

Начиная с 1980-х гг. наиболее распространенным комплексным показателем качества природных вод остается гидрохимический индекс загрязнения воды (ИЗВ). Этот индекс представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго лимитированному числу индивидуальных ингредиентов (как правило, их 6): О₂, БПК₅ и четырем загрязнителям, чаще всего превышающим ПДК, при этом принадлежность веществ к той или иной группе ЛПВ не учитывается. О повышении индикативности ИЗВ как показателя качества воды указывает в 2003 году в своей работе З.Г. Гольд с соавт., предлагая включить все (а не шесть, как принято сейчас) ингредиенты химического состава конкретной пробы воды (по Гагариной О.В., 2007).

В таблице 4.2. приводится гигиеническая классификация водных объектов, в которой критерием оценки степени загрязнения воды является ИЗВ. В свою очередь индекс загрязнения воды определяется на основании ряда (шести) оценочных показателей загрязнения воды водных объектов (I, II категории).

Таблица 4. 2.