Антропогенные воздействия на гидросферу

 

Загрязнение вод проявляется в изменении их физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запаха, вкуса), увеличении содержания солей (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), токсичных тяжелых металлов, сокращении содержания растворенного в воде кислорода, увеличении содержания радионуклидов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

Россия обладает одним из самых высоких водных потенциалов в мире: на каждого жителя России приходится свыше 30 000 м³ воды в год. Однако в настоящее время из-за загрязнения около 70% рек и озер России утратили свои качества источников питьевого водоснабжения, в результате около половины населения потребляют недоброкачественную воду.

Частично нарушено даже исторически сложившееся равновесие в водной среде Байкала - уникального озера на нашей планете, которое могло бы обеспечивать чистой водой все человечество в течение почти 50 лет. По современным оценкам, загрязнено более 100 км³ байкальской воды. На акваторию озера поступают нефтепродукты, нитраты, хлориды и другие загрязнители. Только размеры озера, огромный объем водной массы, а также способность биотического сообщества Байкала поддерживать процессы самоочищения пока спасают экосистему озера от деградации.

Различают химические, биологические и физические загрязнители вод. К наиболее распространенным химическим загрязнителям относят нефть и нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, пестициды, тяжелые металлы, диоксины и др. Биологическими загрязнителями служат вирусы, болезнетворные бактерии и вообще любые болезнетворные микроорганизмы. Под физическими загрязнителями подразумевают радиоактивные вещества, механическое и тепловое загрязнение и т.д.

Химическое загрязнение является наиболее распространенным, стойким и охватывающим значительные территории. Оно может быть органическим (фенолы, пестициды, нефть и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пластах вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются или восстанавливаются, выпадают в осадок, однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит.

Биологическое загрязнение обычно носит временный характер. При радиоактивном загрязнении наиболее опасны долгоживущие радионуклиды (стронций-90, цезий-137, изотопы урана, радия, плутония и т.д.). Радиоактивные вещества могут попадать в водоемы в результате сбрасывания в них радиоактивных отходов (РАО), захоронения РАО при несоблюдении условия их герметичности, глобальных выпадений из атмосферы после испытаний ядерного оружия или радиационных аварий на атомных реакторах. В результате просачивания в глубь литосферы вместе с водой радионуклиды могут загрязнять и подземные воды.

Механическое загрязнение обусловлено присутствием в воде различных механических примесей (песок, камни, ил и др.). Механические примеси могут существенно ухудшать органолептические показатели воды. Для поверхностных вод выделяют также их засорение твердыми отходами (остатками лесосплава, мусором, железобетонными конструкциями, промышленными и бытовыми отходами), которые отрицательно влияют на условия обитания гидробионтов и на состояние водной экосистемы в целом.

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более теплыми поверхностными или технологическими водами. Так, на площадке Кольской атомной станции, расположенной за Полярным кругом, через 7 лет после начала эксплуатации температура подземных вод вблизи главного корпуса повысилась с 6 до 19°С. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава воды, что приводит к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделениям токсичных газов (сероводорода, метана). Это сопровождается "цветением" воды и ускоренным развитием микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения. По существующим санитарным нормам температура водоема не должна повышаться более чем на 3°С летом и 5°С зимой, а тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 12 – 17 кДж/м³.

Основными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод являются:

1. сброс в водоемы неочищенных сточных вод;

2. смыв ядохимикатов ливневыми осадками;

3. газодымовые выбросы;

4. утечки нефти и нефтепродуктов.

Наибольший вред водоемам и водостокам причиняет сброс в них неочищенных сточных вод – промышленных, коммунально-бытовых и др. В настоящее время объемы сброса промышленных сточных вод во многие водные экосистемы не только не уменьшаются, но продолжают расти.

В коммунально-бытовых сточных водах, поступающих из жилых и общественных зданий, преобладают различные органические вещества и микроорганизмы, что может приводить к бактериальному загрязнению вод.

Таблица

Основные загрязнители водных экосистем в различных

отраслях промышленности

 

Отрасль промышленности	Основные виды загрязняющих веществ
Нефтегазодобыча, нефтепереработка	Нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, фенолы, аммонийные соли, сульфиды
Лесная промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность	Сульфаты, органические вещества, лигнины, смолистые и жирные вещества
Машиностроение, металлообработка, металлургия	Тяжелые металлы, фториды, цианиды, аммонийные соединения, нефтепродукты, фенолы, смолы
Химическая промышленность	Фенолы, нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, ароматические углеводороды, неорганика
Горнодобывающая и угольная промышленность	Флотореагенты, неорганика, фенолы
Легкая, текстильная и пищевая промышленность	Синтетические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, органические красители, другие органические вещества

 

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.

Газодымовые выбросы, содержащие пыль и аэрозоли, оседают на водные поверхности из атмосферы. Например, плотность выпадения серы на европейской территории России по оценкам в среднем составляет от 0,25 до 2 т/км² .

Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на нефтепромыслах в прибрежных шельфовых зонах, при сбросах с судов балластных вод и т.д.

Загрязняющие вещества могут проникать и в подземные воды: при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых 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. Это создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах.

Вообще говоря, 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.

Под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах наблюдается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды, микробиологического загрязнения и других процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели. Поступление в водоемы значительного количества биогенных веществ (азота, фосфора и других элементов в составе удобрений, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т.д.) приводит к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона за счет массового размножения синезеленых водорослей, вызывающих "цветение" воды, ухудшающее ее качество и условия жизни гидробионтов. Более того, синезеленые водоросли выделяют токсины, опасные и для большинства гидробионтов и для человека. Поэтому возрастание массы фитопланктона сопровождается уменьшением видового разнообразия, что приводит к утрате генофонда, уменьшению способности пресноводных экосистем к гомеостазу и саморегуляции. Подобные процессы происходят во многих крупных озерах мира: Великих Американских озерах, Балатоне, Ладожском, Женевском и др., а также в водохранилищах и речных экосистемах.

Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные экосистемы губительное воздействие оказывают и другие загрязняющие вещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.), фенолы и т.д. Так, гидробионты Байкала, в процессе длительной эволюции адаптировавшиеся к естественному набору химических соединений притоков озера, оказались неспособными к переработке чуждых природным водам химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей и др.). В результате в Байкале отмечено обеднение видового разнообразия и уменьшение статических показателей популяций гидробионтов, в частности, уменьшение биомассы зоопланктона и гибель значительной части популяции байкальской нерпы.

В Мировой океан ежегодно сбрасывается до 300 млрд. м³ сточных вод, 90% из которых не подвергаются предварительной очистке. Морские экосистемы подвергаются все большему антропогенному воздействию посредством токсичных химических соединений, которые, аккумулируясь гидробионтами, передаются по трофическим цепям и, в результате, обусловливают гибель консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных (например, морских птиц). Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды (в особенности, бензпирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.).

В итоге экологические последствия загрязнения морских экосистем проявляются в виде следующих явлений:

1. нарушения устойчивости экосистем;

2. прогрессирующего накопления в морских водах биогенных веществ;

3. "цветения" морской воды, как следствия предыдущего фактора;

4. биологического накопления токсикантов в морской биоте;

5. снижения биологической продуктивности;

6. возникновения мутагенеза и канцерогенеза в морской биоте;

7. микробиологического загрязнения прибрежных районов.

До определенного предела морские экосистемы могут противостоять воздействию химических токсикантов за счет накопительной, окислительной и минерализующей функций гидробионтов. Так, двустворчатые моллюски способны аккумулировать ДДТ и при благоприятных условиях выводить его из организмов. Было открыто и существование в водах Мирового океана интенсивных процессов биотрансформации бензпирена благодаря наличию гетеротрофной микрофлоры. Установлено также, что микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают развитым механизмом устойчивости к тяжелым металлам, в частности, они способны продуцировать сероводород и другие вещества, которые, взаимодействуя с тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные формы.

Однако в морские и океанические экосистемы продолжают сбрасываться все новые и новые токсичные загрязняющие вещества. Поэтому большое значение имеет определение допустимого уровня антропогенного воздействия на морские экосистемы, изучение их ассимиляционной емкости как интегральной характеристики способности экосистемы к накоплению и удалению загрязняющих веществ.

При непосредственном контакте человека с бактериально загрязненной водой, а также в случае проживания или нахождения вблизи загрязненного водоема различные паразиты могут проникать в кожу и далее в организм, вызывая тяжелые заболевания, особенно характерные для тропиков и субтропиков. В современных условиях увеличивается опасность и таких эпидемических заболеваний как холера, брюшной тиф, дизентерия и др.

Под истощением вод понимают недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или резкое уменьшение стока ниже минимально допустимого (для поверхностных вод). Во многих промышленно-развитых крупных городах мира (в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве и т.д.), где в течение длительного времени осуществлялся интенсивный водозабор подземных вод, возникли обширные области значительного понижения глубины их залегания радиусами до 20 км и более.

По данным Государственного водного кадастра, в 90-е годы в России при помощи подземных водозаборов отбиралось свыше 125 млн. м³ воды в сутки. В результате на значительных территориях резко изменились условия взаимосвязи подземных вод с другими компонентами природной среды, из-за чего нарушилось функционирование наземных экосистем. В частности, понижение уровня залегания подземных вод приводит к осушению заболоченных территорий со значительным видовым разнообразием, иссушению лесов, гибели влаголюбивых растений (гигрофитов) и др. Длительный интенсивный отбор воды из водозаборных скважин может приводить и к медленному оседанию и деформации земной поверхности.

Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем снижении их стока. На территории России поверхностный сток воды распределен весьма неравномерно. Около 90% годового стока с территории России выносится в Северный Ледовитый и Тихий океаны, а на бассейны рек внутреннего стока (впадающих в Каспийское и Азовское моря), где проживает более 65% населения России, приходится менее 8% общего годового стока. Именно в этих регионах наблюдается истощение поверхностных водных ресурсов и, соответственно, дефицит чистой пресной воды. Активизация хозяйственной деятельности человека, приводящая к все возрастающему загрязнению вод, снижению способности водоемов к самоочищению, лишь усугубляет эту проблему.

Примером негативных экологических последствий изъятия из рек на хозяйственные цели больших объемов воды может служить судьба Аральского моря, уровень которого, начиная с 60-х годов, катастрофически понижается в связи с недопустимо высоким забором воды из рек Амударьи и Сырдарьи. В результате объем Аральского моря сократился более чем наполовину, уровень моря снизился на 13 м, а соленость воды увеличилась в 2,5 раза.

Осушенное дно Аральского моря стало сегодня крупнейшим источником пыли и солей. Трансформация фитоценозов на берегах Аральского моря и в дельтах Амударьи и Сырдарьи происходит вследствие высыхания озер, проток, болот и повсеместного понижения уровня грунтовых вод, обусловленного падением уровня моря. В целом чрезмерный забор воды из Амударьи и Сырдарьи и падение уровня моря вызвали такие экологические последствия для приаральского ландшафта, которые могут быть охарактеризованы как опустынивание.

Создание крупных водохранилищ, особенно равнинного типа, также может приводить к целому ряду негативных последствий для экологии на прилегающих территориях. Во-первых, в результате создания водохранилищ путем перегораживания русла рек плотинами нерестилища многих видов рыб оказываются отрезанными плотинами, из-за чего резко ухудшается или даже прекращается естественное воспроизводство многих лососевых, осетровых и других проходных видов рыб.

 

Защита гидросферы

 

Для предупреждения засорения поверхностных вод необходимо применять меры, исключающие попадание в водоемы и реки строительного мусора, твердых отходов, остатков лесосплава и других предметов, негативно влияющих на качество вод и условия обитания гидробионтов.

Для предотвращения истощения поверхностных вод предусмотрен строгий контроль забора воды с целью недопущения снижения стока ниже минимально допустимого.

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.

К основным химическим способам относят нейтрализацию и окисление. Для нейтрализации кислот и щелочей в сточные воды вводят специальные реагенты (известь, кальцинированную соду, аммиак), для окисления - различные окислители.

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.

Для очистки коммунально-бытовых промстоков целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых предприятий широко применяется биологический (биохимический) метод. Этот метод основан на способности искусственно вселяемых в водную среду микроорганизмов использовать для своего развития органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах (сероводород, аммиак, нитриты, сульфиды и т.д.).

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.

Среди водоохранных проблем одной из важнейших является разработка и внедрение эффективных методов обеззараживания и очистки поверхностных вод, используемых для питьевого водоснабжения. Начиная с 1896 года и до настоящего времени наиболее распространенным способом борьбы с бактериальными загрязнениями в нашей стране является метод обеззараживания хлором. Однако хлорирование воды несет в себе определенную опасность и для здоровья людей. Во многих странах Запада вместо хлорирования на станциях очистки воды применяется обработка воды озоном или ультрафиолетовым излучением. В нашей стране применение этих экологически эффективных технологий ограничено из-за высокой стоимости переоборудования водоочистных станций.

Современная технология очистки питьевой воды от других экологически опасных веществ (нефтепродуктов, синтетических поверхностно-активных веществ, пестицидов и др.) основывается на использовании сорбционных процессов с применением активированного угля или его аналогов.

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.

Важную защитную функцию на любом водном объекте могут выполнять водоохранные зоны шириной от 0,1 до 2 км, в пределах которых запрещена распашка земель, выпас скота, применение ядохимикатов и удобрений, производство строительных работ и др.

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.

Основные мероприятия по защите подземных вод заключаются в предотвращении истощения запасов подземных вод и защите их от загрязнения. Для борьбы с истощением подземных вод, пригодных для питьевого водоснабжения, предусматриваются различные меры: регулирование режима водоотбора подземных вод, более рациональное размещение водозаборов по площади, ограничение величины водозабора, введение вентильного режима эксплуатации самоизливающихся артезианских скважин. В последние годы для предупреждения истощения подземных вод часто применяют искусственное пополнение их запасов путем перевода части поверхностного стока в подземный.

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.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: