Антропогенное загрязнение вод суши и их охрана

Многочисленные и разнообразные источники загрязнения вод суши можно подразделить на природные и антропогенные.

Среди природных источников крупными масштабами и поистине глобальным охватом выделяется вулканическая и флюидная активность Земли, при которой в качестве главных загрязнителей выступают газы, твердые взвешенные и растворенные в воде соединения серы, хлора, азота, фосфора, тяжелых металлов и радиоактивных элементов.

Загрязнение вод происходит также при процессах их физико-химического взаимодействия с горными породами, при выпадении атмосферных осадков, при биологической активности, связанной с жизнедеятельностью водорослей, бактерий и других микроорганизмов.

Однако гораздо большую отрицательную роль играет антропогенное загрязнение вод суши. Общая его характерная черта заключается в формировании высоких концентраций многих токсичных веществ на отдельных участках среды обитания людей. Изменения химического состава вод во многих из таких районов стали уже настолько значительными, что они приобрели резко аномальные геохимические свойства.

В качестве главных источников загрязнения вод выступают фактически все области хозяйственной деятельности людей – промышленность, транспорт, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство, непроизводственная сфера. Но их участие в таком загрязнении все же не одинаково. В загрязнении поверхностных и подземных вод суши наиболее велика доля промышленности, в особенности предприятий энергетики, черной и цветной металлургии, нефтепереработки и нефтехимии, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Один из крупных источников загрязнения вод – сельское хозяйство. Оно «сбрасывает» в них не только частички почвы и органических веществ, но и, главное, химические удобрения и ядохимикаты, а также отходы животноводческих ферм. Водный транспорт тоже представляет собой немалую угрозу для чистоты вод, особенно в случаях прямого сброса в них разного рода отходов и попадания нефтепродуктов. Наконец, к крупным загрязнителям следует отнести и коммунальное хозяйство городов. С ним связаны загрязнение и засорение водных источников разнообразными органическими и минеральными веществами, многие из которых особенно опасны для здоровья человека.

В зависимости от того, какие вещества попадают в гидросферу, принято различать три главных вида ее загрязнения – физическое, химическое и биологическое.

Физическое загрязнение гидросферы суши вызывается прежде всего твердыми отходами – обыкновенным городским мусором, потерями леса при молевом сплаве. Оно происходит также при добыче некоторых полезных ископаемых (золота и др.) непосредственно в руслах рек. Такое загрязнение обычно не создает непосредственной опасности для живых организмов, но может затруднять работу водного транспорта, рыболовства, наносить ущерб рекреации. К физическому загрязнению обычно относят и так называемое тепловое загрязнение, образующееся в результате сброса в водоемы и водотоки подогретых вод, уже использованных для охлаждения на ТЭС и АЭС. Химическое загрязнение гидросферы суши возникает в результате попадания в нее различных химических веществ и соединений. Это могут быть разнообразные вещества неорганического происхождения: кислоты, щелочи, сульфаты, а также тяжелые металлы и неорганические вещества, используемые в сельском хозяйстве (азот, фосфор, аммиак и др.). Это могут быть и продукты органической химии: спирты, фенолы, углерод, моющие средства – детергенты (или синтетические поверхностно-активные вещества – СПАВ), пестициды и гербициды. Это также могут быть нефтяные углеводороды и радиоактивные вещества (радионуклиды). Что касается биологического загрязнения, то его создают прежде всего микроорганизмы, многие из которых имеют характер болезнетворных. В водную среду они попадают вместе со стоками химической, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности, коммунального хозяйства городов, а в сельской местности – со стоками крупных животноводческих комплексов. Такие стоки могут служить источником самых различных заболеваний.

Статистика свидетельствует о том, что загрязнение водотоков и водоемов земной суши связано в первую очередь со сточными водами промышленно-городских агломераций и сельскохозяйственных территорий, которые загрязняют не только поверхностные воды, но и подземную гидросферу. Неочищенные сточные воды приводят к загрязнению водных объектов и разрушению естественных водных экосистем. Они приводят также к эвтрофикации (от греч. eutrophia – хорошее питание) вод, т. е. к повышению биологической продуктивности водных объектов в результате поступления в них биогенных элементов. Эвтрофикация связана также с сооружением водохранилищ, для которых характерны замедленные течения и водообмен.

Общий глобальный объем сточных вод все время растет. Уже к началу 1990-х гг. он превысил 2300 км⁴. Распределение его в этот период по крупным регионам мира показано на рисунке 30, анализ которого показывает, что, как и можно было ожидать, коммунальные стоки были особенно велики в Северной Америке, зарубежной Европе и зарубежной Азии, промышленные – в Северной Америке, зарубежной Европе, зарубежной Азии и СССР, а сельскохозяйственные – в зарубежной Азии, Северной Америке и СССР. В этих же регионах загрязнение сточными водами особенно сильно сказалось на функционировании экосистем, снизив их биопродуктивность, приведя к гибели многих видов флоры и фауны и угрожая здоровью людей.

В литературе приводится немало примеров того, как в отдельных частях этих регионов чрезмерно большие стоки уже стали превышать естественные возможности самоочищения водотоков и водоемов, а также примеров того, как в результате поступления загрязненных стоков в своего рода сточные канавы превратились реки Рейн, Сена, Темза, Северн, Тибр в Европе, Миссисипи, Огайо, Потомак в Северной Америке, да и многие реки стран СНГ.

Из всего сказанного вытекает насущная потребность в охране водных объектов от загрязнения, что позволило бы сохранить их в качестве важных элементов земной гидросферы и биосферы. Еще в 1977 г. под эгидой ООН была проведена Первая Всемирная конференция по водным ресурсам. И в дальнейшем эти вопросы еще не раз обсуждали на международном уровне. Особенно много внимания на таких обсуждениях обычно уделялось путям и способам очистки сточных вод.

Для очистки загрязненных стоков используют три главных метода – механический, биологический и физико-химический. Механическая очистка стоков служит для удаления из них твердых и взвешенных частиц. Биологическая очистка основана на использовании микроорганизмов, которые, разлагаясь, перерабатывают сложные органические соединения в растворенные безвредные вещества. После такой очистки при помощи аэробных процессов вода становится прозрачной, насыщенной кислородом. Однако ни механическая, ни биологическая очистки не обезвреживают некоторые виды промышленных стоков (содержащие соли тяжелых металлов и др.), поэтому в последнее время расширилось применение физико-химических методов очистки (дистилляция, вымораживание, обратный осмос и др.).

Оценивая разные методы очистки сточных вод, нужно иметь в виду, что даже самые современные из них не удаляют некоторых особо стойких загрязнителей, поэтому для нормального вторичного использования очищенных вод необходимо дополнительно разбавлять их чистыми русловыми водами. При этом на единицу объема сточных вод обычно требуется 10—12-кратное разбавление чистыми водами (а иногда и 100-кратное!). В научной литературе оно получило наименование качественного истощения водных ресурсов. Именно оно представляет собой главную опасность: выходит, что для разбавления 2300 км³ сточных вод, которые сбрасывались еще в начале 1990-х гг., даже по минимуму потребовалось бы 23 тыс. км³ чистой воды, а это половина всего годового речного стока! На самом же деле устойчивый, доступный для использования сток и того меньше.

Рис. 30. Годовой объем сброса сточных вод (по «Экологическому энциклопедическому словарю»)

Вот почему основные перспективы охраны водных ресурсов суши ныне связывают уже не столько с ликвидацией последствий их загрязнения при помощи очистки (к тому же очистные сооружения очень дороги), сколько с мерами по предупреждению такого загрязнения. Для этого начинают использовать принципиально новые методы, прежде всего оборотно-повторные системы водоснабжения, которые по сравнению с прямоточным водоснабжением дают большую экологическую выгоду. Еще более радикальная мера – перевод технологических процессов на малоотходный режим с резким сокращением потребления воды и сброса загрязненных стоков в водоемы. И наконец, оптимальная мера – переход к вообще безводной (сухой) и, следовательно, бессточной технологии.

В Советском Союзе ежегодный объем сточных вод составлял 160 км³. В России, где, как и в СССР, основными загрязнителями вод служат жилищно-коммунальное хозяйство и промышленность, в связи с сокращением территории страны и длительным спадом промышленного производства этот объем уменьшился сначала до 70–80 км³, а в начале XXI в. – до 50–55 км³. Но лишь 2/3 стоков подвергается необходимой очистке. Поэтому на многих реках предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязнений превышена в 10, а иногда и в 100 раз. Наиболее загрязнен бассейн Волги, принимающий 2/5 общероссийского объема сточных вод. В последнее время в соответствии с Водным кодексом РФ в стране пересмотрены лимиты забора пресной воды из водных объектов и сброса сточных вод в поверхностные водные объекты на территории всех субъектов Российской Федерации.