Источники загрязнения поверхностных природных вод.

Загрязнение поверхностных вод началось в центральной России еще в XVI в., когда начали удобрять поля навозом. С тех пор в центральных районах страны основным загрязнителем вод было сельское хозяйство. В более северных районах большую роль играл сплав леса, особенно молевой, при котором бревна тонули и гнили в воде. С развитием промышленности и ростом городов стала расти роль коммунальных и промышленных загрязнений.

Резкое усиление загрязнений произошло в ХХ в. Особая опасность связана с совпадением периода роста сбросов загрязненных сточных вод и многовековой тенденции нарастания сухости климата, снижения водности водоемов. В этих условиях растут концентрации поллютантов в растворах и, следовательно, степень их вредного воздействия на природные системы и здоровье человека.

К началу 90-х гг. в России создалась довольно сложная ситуация. Качество вод большинства поверхностных водоемов страны не отвечало установленным нормативам. Главными загрязняющими поверхностные воды веществами являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения меди и цинка, аммонийный и нитратный азот.

Цель работы заключается в рассмотрении естественных и искусственных источников загрязнения природных вод. Особое внимание планируется уделить изучению воздействия промышленности и сельского хозяйства на процесс загрязнения природных вод.

Работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованных источников.

1. Загрязнение природных вод: сущность процесса и его источники

Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин — извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Природное (естественное) загрязнение - загрязнение среды, источником которого являются природные процессы и явления, напрямую не обусловленные деятельностью человека: извержения вулканов, пыльные бури, наводнения, стихийные пожары и т.п.

Антропогенное (искусственное) загрязнение — результат деятельности человека. В настоящее время общая мощность источников антропогенного загрязнения во многих случаях превосходит мощность естественных.

Загрязнение воды - изменения химического и физического состояния или биологических характеристик воды, ограничивающие дальнейшее ее употребление. При всех типах водопользования меняются либо физическое состояние (например, при нагревании), либо химический состав воды - при поступлении загрязняющих веществ, которые делятся на две основные группы: со временем изменяющиеся в водной среде и остающиеся в ней неизменными. К первой группе относятся органические компоненты бытовых стоков и большая часть промышленных, например отходы целлюлозно-бумажных предприятий. Вторую группу составляют многие неорганические соли, например сульфат натрия, который используется как краситель в текстильной промышленности, и неактивные органические вещества типа пестицидов.

Загрязнение природных вод – это снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Загрязнение водоемов происходит как естественным, так и искусственным путем. Загрязнения поступают с дождевыми водами, смываются с берегов, а также образуются в процессе развития и отмирания животных и растительных организмов, находящихся в водоеме.

Естественноезагрязнение природных вод возникает в результате природных процессов, без какого либо участия или влияния человека.

Однако гораздо больший урон гидросфере наносит антропогенное загрязнение природных вод.

Искусственное (антропогенное) загрязнение водоемов является, главным образом, результатом спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. Поступающие в водоем загрязнения в зависимости от их объема и состава могут оказывать на него различное влияние:

1) изменяются физические свойства воды (изменяется прозрачность и окраска, появляются запахи и привкусы);

2) появляются плавающие вещества на поверхности водоема и образуются отложения (осадок на дне);

3) изменяется химический состав воды (изменяется реакция, содержание органических и неорганических веществ, появляются вредные вещества и т. п.);

4) уменьшается в воде содержание растворенного кисдорода вследствие его потребления на окисление поступивших органических веществ;

5) изменяются число и виды бактерий (появляются болезнетворные), вносимых в водоем вместе со сточными водами. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а иногда и для технического водоснабжения; в них погибает рыба.

В первом десятилетии XXI века антропогенное загрязнение природных вод стало носить глобальный характер и существенно сократило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на Земле.

Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности — горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70 % всей воды, затрачиваемой в промышленности.

Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15мг/л при ПДК — 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм. Небольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения.

Табл. 1. Основные загрязнители водных экосистем в различных отраслях промышленности

Значительное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смывается с сельскохозяйственных территорий. В основном они попадают в водоемы и водостоки без какой-либо очистки, а поэтому содержат высокую концентрацию органических веществ, биогенных элементов и других загрязнителей.

Главный же потребитель пресной воды — сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80 % всей пресной воды. Причём велик ее безвозвратный расход (особенно на орошение).

Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий — производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.

Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоем постепенно «умирает».

Загрязняющие вещества могут проникать и в подземные воды: при просачивании промышленных и сельскохозяйственных стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников и др. Загрязнения подземных вод не ограничиваются территориями промышленных предприятий, хранилищ отходов и пр., а распространяются вниз по течению потока на расстояния до 20 - 30 км и более от источника загрязнения. Всё это создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах.

Более того, загрязнение подземных вод негативно сказывается и на экологическом состоянии поверхностных вод, почв и других компонентов природной среды. В частности, загрязняющие вещества, содержащиеся в подземных водах, могут выноситься потоком в поверхностные водоемы и загрязнять их.

2. Комплексный подход к решению проблемы загрязнения природных вод: защита и профилактика

В практике санитарной охраны водоемов пользуются гигиеническими нормативами — предельно допустимыми концентрациями (ПДК) веществ, влияющих на качество воды.

За ПДК принимают ту максимальную концентрацию вещества, при которой не нарушаются (не ухудшаются) процессы минерализации органических веществ, органолепгические свойства воды и промысловых организмов (рыб, раков, моллюсков) и не допускаются токсичные свойства веществ, которые могут вызвать нарушения в жизнедеятельности (выживаемость, рост, размножение, плодовитость, качество потомства) основных групп водных организмов (растений, беспозвоночных животных, рыб), играющих важнейшую роль в формировании качества воды, создании и трансформации органического вещества.

Следует признать, что современные методы очистки вод, механической и биологической, далеки от совершенства. Даже после биологической очистки в сточных водах остается 10 процентов органических и 60—90 процентов неорганических веществ, в том числе до 60 процентов азота, 70 —фосфора, 80 — калия и почти 100 процентов солей ядовитых тяжелых металлов.

Наиболее сложной проблемой является защита поверхностных вод от загрязнения. Главным загрязнителем поверхностных вод служат бытовые и промышленные сточные воды, поэтому наиболее актуальной с экологической точки зрения является разработка и внедрение эффективных методов очистки сточных вод.

Самым действенным способом защиты поверхностных вод от загрязнения их сточными водами может служить разработка и внедрение безводной или безотходной технологии производства, в частности, создание оборотного водоснабжения. При организации системы оборотного водоснабжения в нее включают ряд очистных сооружений и установок, что позволяет создать замкнутый цикл использования производственных и бытовых сточных вод, полностью исключающий их попадание в поверхностные водоемы.

Ввиду многообразия состава сточных вод применяют различные способы их очистки: механический, физико-химический, химический, биологический и др. В процессе очистки предусматривают обработку осадка и обеззараживание сточных вод перед сбросом их в водоем. При механической очистке из производственных сточных вод путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляется до 90% нерастворимых механических примесей различной степени дисперсности, а из бытовых сточных вод - до 60%. Для этих целей применяют решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники. Вещества, образующие пленку на поверхности воды (нефть, масла, смолы, полимеры и др.), задерживают специальными нефте- и маслоловушками, либо выжигают.

В случае физико-химической очистки используются:

- коагуляция - введение в сточные воды коагулянтов (солей аммония, железа, меди и др.) для образования хлопьевидных осадков, которые затем легко удаляются;

- сорбция - способность некоторых веществ (глины, активированный уголь, силикагель, торф и др.) поглощать загрязнение;

- флотация - пропускание через сточные воды воздуха. Газовые пузырьки при движении вверх захватывают поверхностно-активные вещества, нефть, масла, другие загрязнения и образуют на поверхности воды легко удаляемый слой пены.

После биологической очистки и отстаивания сточные воды обеззараживают (дезинфицируют) с помощью соединений хлора или других сильных окислителей. При хлорировании уничтожаются патогенные бактерии, вирусы и другие болезнетворные организмы. После этого сточные воды можно использовать в оборотном водоснабжении либо сбрасывать в поверхностные водоемы.

В последние годы разрабатываются новые методы, способствующие экологизации процессов очистки сточных вод. К таким методам относятся:

- электрохимические методы, основанные на процессах анодного окисления и катодного восстановления (электролиз);

- мембранные процессы очистки;

- магнитная обработка, позволяющая улучшить флотацию взвешенных частиц;

- радиационная очистка воды;

- озонирование;

- внедрение новых селективных типов сорбентов для избирательного выделения полезных компонентов из сточных вод с целью их вторичного использования.

Значительную роль в загрязнении водных объектов играют пестициды и удобрения, смываемые поверхностным стоком с сельскохозяйственных угодий. Для предотвращения попадания загрязняющих стоков в водоемы необходим комплекс мероприятий, включающих соблюдение норм и сроков внесения удобрений и ядохимикатов, очаговую обработку пестицидами вместо сплошной, замену ядохимикатов биологическими способами защиты растений и т.д.

Сложную задачу представляет утилизация стоков животноводческих комплексов, губительно действующих на водные экосистемы. В настоящее время наиболее экономичной признана технология, согласно которой стоки разделяют с помощью центрифугирования на твердую и жидкую фракции. При этом твердая фракция превращается в компост и вывозится на поля. Жидкая часть (навозная жижа) проходит через химический реактор и превращается в гумус. При разложении органики выделяются метан, двуокись углерода и сероводород. Энергию этого биогаза можно использовать для производства тепла.

Одним из перспективных способов уменьшения загрязнения поверхностных вод является закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты через систему поглощающих скважин (подземное захоронение). При этом способе отпадает необходимость в дорогостоящей очистке сточных вод и строительстве очистных сооружений. Однако данный метод целесообразен для изоляции лишь небольших количеств высокотоксичных сточных вод, так как очень непросто оценить возможные экологические последствия обширного загрязнения изолированных глубокозалегающих горизонтов подземных вод. В частности, при этом способе технически очень сложно полностью исключить возможность проникновения загрязненных вод из подземных водоносных горизонтов на поверхность земли или в другие водоносные горизонты через затрубные пространства скважин.

Основными мерами борьбы с загрязнением подземных вод являются профилактические. С этой целью совершенствуются методы очистки сточных вод, внедряются производства с бессточной технологией, тщательно изолируются резервуары промышленных стоков, регламентируется использование пестицидов и удобрений в сельском хозяйстве и т.д.

Важнейшей мерой предупреждения загрязнения подземных вод в районах водозаборов является устройство вокруг них санитарно-защитных зон, состоящих из трех поясов. На территории поясов запрещается размещение любых объектов, способных вызвать химическое или бактериальное загрязнения, запрещается использование минеральных удобрений и пестицидов, промышленная вырубка леса.

Значительную роль в деле охраны поверхностных вод от загрязнения и засорения играют агролесомелиорация и гидротехнические мероприятия. С их помощью можно предотвращать заиление и зарастание озер, водохранилищ и малых рек, а также эрозию, образование оползней, обрушение берегов и т.д.

Однако с учетом неразрывной связи всех природных и антропогенных экосистем необходимо иметь в виду, что невозможно обеспечить чистоту поверхностных водоемов и водотоков без защиты от загрязнений атмосферы, почв, подземных вод и т.д.