Загрязнение гидросферы

В настоящее время водное пространство стало вместилищем разнообразных отходов. В результате сброса в реки, а затем и в океан сточных вод различных промышленных предприятий, стока их с обработанных химикатами полей и лесов и потерь жидкого топлива при перевозках танкерами постоянно возрастает загрязнение океанов и морей такими вредными для жизнедеятельности веществами, как нефть, тяжелые металлы, пестициды, радиоизотопы и др.

Токсические вещества, в частности окись углерода, двуокись серы, попадают в морскую воду через атмосферу. Например, еже­годно в Мировой океан вместе с дождем поступают 50 тыс.т свин­ца, попадающего в воздух вместе с выхлопными газами от силовых установок транспортных систем. Под влиянием течений загрязне­ния очень быстро распространяются по водному пространству. Все указанное приводит к тому, что поля загрязнений формируются наиболее интенсивно в прибрежных водах крупных промышлен­ных центров, в районах нефтедобычи и интенсивного судоходст­ва, а также в устьях полноводных рек.

Различают три группы источников загрязнения Мирового океана:

- морские–военные корабли, суда различного назначения и другие установки и устройства, эксплуатируемые в морской среде; трубопроводы, установки и устройства, используемые при разведке и разработке природных ресурсов морского дна и его недр;

- наземные–реки, озера и другие водные системы, куда загряз­няющие вещества попадают с грунтовыми водами, а также в ре­зультате сбросов сточных и нагретых вод с различных береговых объектов, захоронений радиоактивных отходов и других особо вредных веществ;

- атмосферные–различные промышленные предприятия, транспортные средства и другие объекты, откуда могут происхо­дить выбросы в атмосферу вредных газообразных отходов.

Конвенция по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов от 29 декабря 1972 г. полностью за­прещает сброс:

- органно-галогенных соединений;

- ртути и соединений на ее основе;

- кадмия и кадмиевых соединений;

- изделий из устойчивых пластмасс и других устойчивых синтетических материалов (например, сетей и тросов), которые могут всплывать или оставаться во взвешенном состоянии в морской воде таким образом, что будут существенно мешать рыболовству, судоходству или другому законному использованию моря;

- сырой и топливной нефти, тяжелого дизельного топлива и смазочного масла, гидравлических жидкостей, а также смесей, содержащих эти вещества;

- радиоактивных веществ с высоким уровнем радиации по за­ключению Международного агентства по атомной энергии, как непригодных для сброса в море с точки зрения здравоохранения, биологической безопасности и по другим причинам;

- материалов в какой бы то ни было форме (твердые вещест­ва, жидкости, полужидкости, вещества в газообразном состоянии или живые организмы), изготовленных для ведения биологиче­ской или химической войны.

Особенности загрязнения морских вод нефтью.К числу наибо­лее распространенных и вредных загрязняющих веществ относят­ся нефть, ежегодное поступление которой в моря и океаны, по данным ООН, достигает 6-7 млн.т. Ожидается дальнейший рост загрязнений нефтью из-за постоянного увеличения объема ее до­бычи, особенно с континентального шельфа. Нефтепродукты попадают в морскую воду непосредственно в результате аварий и сбросов или выноса речными и ливневыми стоками и грунтовыми водами, а также из атмосферы, главным образом в составе атмосферных осадков. Первый канал поступле­ния приводит к локальным или региональным загрязнениям мор­ской среды, а второй – к глобальным.

Одним из основных источников нефтяных загрязнений мор­ской среды является морской транспорт, прежде всего танкер­ный. В мире задействован гигантский танкерный флот общей вместимостью более 120 млн. брутто-регистровых тонн – это свыше трети вместимости всех морских транспортных средств. Сейчас плавают 230 судов грузоподъемностью от 200 до 700 тыс. т каждое. Из-за аварий на танкерах в моря и океаны поступает примерно 5 % всей перевозимой нефти. Огромное количество нефти попадает в море в результате сброса с судов промывочных, балластных и льяльных (трюмных) вод, а также потерь при погрузке и разгрузке танкеров. По этим причинам в морях и океанах ежегодно оказывается около 3 млн.т нефти.

В начале третьего тысячелетия подводные скважины будут да­вать 50 % добываемой в мире нефти. При морской нефтедобыче происходит загрязнение морской среды вследствие аварий, а также мелких утечек нефти (оцениваемых в 0,1 млн.т ежегодно). Источником нефтяных загрязнений вод являются так же береговая промышленность, и в первую очередь нефтеперерабатывающие заводы. Хотя сточные воды промышленных предприятий очища­ются, полной очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов достичь не удается. Большое количество нефтепродуктов попадает в океанические бассейны из атмосферы. Например, двигатели внутреннего сгора­ния, которыми оснащены различные транспортные средства, вы­брасывают в воздух в год более 50 млн. т различных углеводородов.

Поступившие в воду нефтепродукты деградируют в результате химического, фотохимического и бактериального разложения, а также деятельности некоторых морских организмов и высших растений. Однако «процесс» естественной нейтрализации нефте­продуктов достаточно длителен и может составлять от одного до нескольких месяцев.

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. Однако наибольшую опасность по своим последствиям представляют нефтяные пленки, образующиеся на водной по­верхности и уменьшающие теплопроводность и теплоемкость верхнего водного слоя. Поэтому наличие нефтяной пленки ска­зывается на процессе испарения. В естественных условиях через границу раздела атмосфера – водная поверхность непрерывно происходит обмен кислородом и углекислым газом, интенсивность которого при наличии нефтя­ной пленки сильно уменьшается. В мелководных бассейнах поверхност­ные загрязненные слои могут опускаться на дно и образовывать придонные воды, содержащие значительное количество нефти. Особенно вероятно образование таких загрязненных придонных слоев в период осеннего охлаждения вод.

Нефтяные загрязнения воздействуют и на живые организмы, экранируя солнечное излучение и замедляя обновление кислоро­да в воде. В результате перестает размножаться планктон – ос­новной продукт питания морских обитателей. Толстые нефтяные пленки нередко становятся причиной гибели морских птиц.

Особенности загрязнения морей и океанов тяжелыми металла­ми.Группа тяжелых металлов плотностью выше 4,5 г/см³ объединяет более 30 элементов периодической системы. Эти ме­таллы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк и др.) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих ве­ществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, со­держание тяжелых металлов и их соединений в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соедине­ний поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий, так как они сохраняют токсичность бесконечно долго.

В Мировой океан в год поступает до 2 млн.т свинца, до 20 тыс.т кадмия и до 10 тыс.т ртути. Наиболее высокие уровни загрязне­ния имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении Мирового океана играет и атмосфера. Так, до 30 % всей ртути и 50 % свинца, поступающие в океан ежегодно, пере­носится через атмосферу. Попав в морскую воду, тяжелые ме­таллы концентрируются главным образом в поверхностной плен­ке, в придонных отложениях и в биоте, тогда как в самой воде они ос­таются лишь в сравнительно небольших концентрациях.

Активность накопления различных веществ в живых организ­мах из окружающей среды выражается соответствующими коэф­фициентами. Так, отношение содержания вещества в тканях гидробионтов (обитателей водной среды) к концентрации его в воде называется коэффициентом накопления. Например, в дафниях коэффициент накопления метилртути – 4 тыс., в планктоне коэф­фициент накопления свинца 12 тыс., кобальта – 16 тыс., а меди – 90 тыс. Исследователи говорят, что для любого химического эле­мента найдётся, по крайней мере, один вид планктона, способный его концентрировать. Большие количества тяжелых металлов сосредоточиваются в донных отложениях. Концентрация ме­таллов в осадке традиционно на несколько порядков выше, чем в воде.

Естественные возможности нейтрализации загрязнений в океане практически исчерпаны. Поэтому для поддержания экологического баланса морских пространств планеты важны нормы современного международного права.

Использование вод

В зависимости от того, каким об­разом используют водные ресурсы, все отрасли народного хозяй­ства подразделяют на две категории:

а) водопользователи–это отрасли, которые используют водоемы для различных целей, но безвозвратный водозабор не ведут. К ним относятся гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хо­зяйство, местные органы, использующие воду для целей и нужд населения, т.е. службы хозяйственно-питьевого потребления;

б) водопотребители–это отрасли, которые берут воду из водоемов, причем часть ее используется безвозвратно. Крупнейшими водопотребителями являются теплоэнергетика, сельское хозяйство, а из промышленности – химическая и металлургическая. Современный город с населением 1 млн. человек потребляет в сутки 300 тыс.м³ воды, из которых 75-80 % превращаются в сточ­ные воды.

Классификация пресных вод по целе­вому назначению.

1. Вода питьевая–вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения.

2. Вода минеральная–вода, компонентный состав которой отве­чает лечебным требованиям.

3. Вода промышленная–вода, компонентного состава и ресурсов которой достаточно для извлечения этих компонентов в промыш­ленных масштабах.

4. Вода теплоэнергетическая–термальная вода, теплоэнергети­ческие ресурсы которой могут быть использованы в любой отрас­ли народного хозяйства.

5. Вода техническая - любая вода, кроме питьевой, минеральной и промышленной, пригодная для использования в народном хо­зяйстве. При этом различают:

а) хозяйственно-бытовые воды –воды, используемые для быто­вых и санитарно-гигиенических целей населением, а также пра­чечными, банями, столовыми, больницами и т.д.;

б) поливную воду, используемую для орошения земель и полива сельскохозяйственных растений.

в) энергетическую воду, используемую для получения пара и на­гревания помещений, оборудования и сред, а также для охлажде­ния жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппара­тах, а твердых тел – непосредственно; может быть оборотной и подпиточной (добавочной).

Воду весьма часто используют для охлаждения жидких и газо­образных продуктов в теплообменных аппаратах. В этом случае она не соприкасается с материальными потоками и не загрязня­ется, а лишь нагревается. В промышленности 65-80 % расхода во­ды потребляется для охлаждения.

6. Технологическую воду подразделяют на средообразующую, про­мывочную и реакционную. Средообразующую воду используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промы­вочную - для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экс­тракция) и твердых продуктов и изделий, а также реакционную –в составе реагентов, при отгонке и аналогичных процессах. Таким образом, технологическая вода непосредственно контактирует с продуктами и изделиями.

Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды – это создание оборотных и замкнутых систем во­доснабжения, что позволяет в 10-50 раз уменьшить потребле­ние природной воды.

Основные пути ре­шения проблемы обес­печения чистой водой:

- очистка сточной воды от загрязнений;

- очистка пресной воды, поступающей к потребителю;

- обеспечение режима и регулирование качества воды в вод­ных объектах.

Качество воды

Характеристика состава и свойств воды оп­ределяет пригодность ее для конкретных видов использования. Выделяют следующие показатели воды, регламентированные со­ответствующими документами.

1. Определение органолептических показателейобязательно при любом исследовании воды. К ним относятся цветность, запах, вкус и привкус, мутность и пенистость.

2. Гидрохимические показателизанимают значительное место в совокупности данных о состоянии водного объекта, при этом они могут быть определены полевыми или лабораторными методами. Для полевых методов в России выпускается широкий перечень тест-комплектов, позволяющих выполнить унифицированный анализ непосредственно у водного объекта. В число гидрохимиче­ских показателей качества воды, определяемых полевыми мето­дами, входят: водородный показатель (рН), растворенный кисло­род, минерализация (карбонаты и гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, сухой остаток, общая жесткость, катионы кальция и магния, натрия и калия), биогенные элементы (нитраты, фосфа­ты, аммоний, нитриты), фториды, общее железо.

В общем случае, при наличии результатов о нескольких оце­ниваемых показателях, можно рассчитать сумму приведенных концентраций параметров к ПДК (принцип суммации воздейст­вий). При этом критерием качества воды является значение

n Сфi

∑ --------- ≤ 1 ,

i=1 ПДК i

где С_фi – фактическая концентрация i-го вещества в воде водоема. При наличии результатов о достаточном количестве показа­телей можно оценить индекс загрязненности воды (ИЗВ), кото­рый рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактиче­ских значений показателей качества для 6 основных загрязните­лей воды:

6 Сi

ИЗВ = ∑ --------- / 6 ,

i=1 ПДКi

где Сi – среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это – среднее значение за год); ПДКi – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества; 6 – строго ограниченное (лимитируе­мое) число показателей, использующихся для расчета.

В качестве интегральной характеристики загрязненности по­верхностных вод используются классы качества воды (табл. 5.1).

Таблица 5.1