Загрязнение водных систем

Загрязняющие вещества рано или поздно попадают из атмосферы на поверхность Земли и в водные системы. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды в реки иногда даже без предварительной очистки. Стоки сельскохозяйственных угодий практически никто и не ставит целью очищать, поскольку технически это неразрешимая задача. По той же причине нигде не очищаются ливневые стоки (в том числе, крупных городов). Загрязняются подземные воды – важнейший резервуар пресных вод. Загрязнения пресных вод и земель возвращаются человеку с продуктами питания и питьевой водой.

Всего ~2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Большая часть пресных вод – 85% - сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10…12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человека имеют пресные воды рек. Именно эти водные ресурсы подвергаются в настоящее время интенсивному антропогенному истощению: за счет непрерывного увеличения водозабора для растущих нужд промышленности, сельского хозяйства и бытового потребления (количественное истощение) и загрязнения вод (качественное истощение).

В настоящее время человечество потребляет на хозяйственно-бытовые нужды 12…13% речного стока, следовательно, потенциальные запасы пресной воды пока еще достаточны, однако в любом районе мира они могут быть истощены из-за нерационального водопользования или загрязнения. Темпы роста водопотребления составляют 5…6% за 5 лет.

Основные потребители воды – промышленность и сельское хозяйство (~90%).

К числу отраслей промышленности, потребляющих большое количество воды, относится энергетика, где вода используется в системах охлаждения. По некоторым оценкам, использование воды для охлаждения составляет сейчас на планете 30% общего водопотребления, а в промышленно развитых странах – до 60%.

Главный же потребитель пресной воды – сельское хозяйство.

Наблюдаемый в настоящее время дефицит пресной воды усугубляется не только непрерывным ростом водопотребления, но и деградацией качества воды природных водоисточников в результате поступления в них неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленного, коммунального и сельскохозяйственного происхождения. Подсчитано, например, что если город потребляет в день 600 тыс м³ воды, то он дает около 500 тыс м³ сточных вод.

Строительство очистных сооружений и реконструкция действующих еще существенно отстает от роста потребления воды.

Казалось бы, задача решается просто. Достаточно построить необходимое количество очистных сооружений и проблема качественного истощения пресных вод будет решена. На самом деле, проблема оказывается намного сложнее. Даже при самой современной очистке, включая биологическую, из воды извлекаются не более 90% органических и 10…40% неорганических веществ. Такая «очищенная» вода может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой водой. В среднем для нормальной жизнедеятельности реки или водоема промышленные или городские стоки после очистки на биологических сооружениях должны быть разбавлены в 15…30 раз. Только после этого вода, загрязненная стоками, восстанавливает свои первоначальные свойства. Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования расходуется 4200 км³ воды в год. На разбавление стоков уходит около 20…30% ресурсов пресных вод мира. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока вскоре будут близки к качественному и количественному исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км³ «очищенной» сточной воды «портит» 10…15 км³ речной воды, а неочищенной – в 3…5 раз больше.

Следует добавить, что некоторые особенно токсичные сточные воды химических производств вообще невозможно очистить существующими методами. Их приходится закачивать в подземные хранилища на постоянное хранение. Таким образом, создаются опасные объекты, так как всегда существует угроза либо прорыва, либо медленной миграции (фильтрации) таких вод в подземные водоносные горизонты. Так, на территории Украины функционируют около 3 тыс фильтровальных накопителей сточных вод, которые существенно ухудшают состояние подземных вод, в частности, в Кривбассе и Донбассе.

Особенно опасным является загрязнение природных вод (в том числе, и питьевой воды) полихлорированными дибензодиоксинами (ПХДД) и дибензофуранами (ПХДФ). Специально ПХДД и ПХДФ не производятся, они образуются в качестве примеси при всех химических процессах галоидирования ароматических соединений в присутствии кислорода, в частности при производстве хлорфенолов и гербицидов. Однако, даже обычная примесь диоксинов в товарном продукте 3^.10^-4% является чрезвычайно опасной. В момент аварий или залповых выбросов предприятий хлорной химии концентрация диоксинов превышает санитарную норму в 20…100 тыс раз!

В мировом масштабе основным загрязнителем поверхностных вод суши является нефть и нефтепродукты, которые поступают в результате естественных выходов нефти в районах залегания, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья. Ежегодные поступления нефти в Мировой океан достигают в настоящее время 25…30 млн т в год. После поступления нефти в водный объект первоначально образуются нефтяные слитки-пятна, растекающиеся по водной поверхности: 1т нефти загрязняет акваторию площадью 12 км². Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, т.е. нарушается газообмен между атмосферой и гидросферой. А ведь основная доля общего запаса органического углерода и общей валовой продукции фотосинтеза приходится на зеленые растения океана, в первую очередь фитопланктон.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и гидробионты занимают детергенты – синтетические вещества, очень токсичные к процессам биологического разложения. Ежегодно производится около 4 млн т детергентов. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5…15мг/л (при нормативном требовании для рыбохозяйственного использования водных объектов – 0,1 мг/л).

Из других ингредиентов, загрязняющих воду, необходимо назвать тяжелые металлы – ртуть, свинец, цинк, кадмий, медь, олово, хром, марганец, никель, радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм.

В поверхностные водоемы Днепропетровской области ежегодно сбрасывается более 2 млрд. м³ сточных вод, в том числе без очистки более 740 млн. м³. Большая часть такой воды приходится на долю крупнейших промышленных предприятий металлургической, химической, машиностроительной промышленности. В районе Днепропетровска днепровская вода содержит такие загрязняющие вещества, как нефтепродукты, нитраты, нитриты, сульфаты, соли аммония, хлориды, ионы тяжелых металлов: железа, свинца, никеля, хрома, меди, цинка, марганца, ртути.