Источники загрязнения поверхностных вод. Источники загрязнения поверхностных и подземных вод

В результате хозяйственной деятельности человека в водоемы попадает большое количество биогенных элементов – азота, фосфора и калия. Обогащение водоема биогенными элементами называется эвтрофикацией. Существует 2 основных причины эвтрофикации:

Смыв биогенных элементов с полей из-за интенсивного применения удобрений

Сброс в водоемы бытовых сточных вод и стоков с животноводческих ферм, которые содержат большое количество биогенных элементов.

Поверхность водоемов открыта для всех видов загрязнения, что значительно изменяет микробный состав водоемов и ухудшает их санитарное состояние. Основной путь микробного загрязнения водоемов – поступление в них неочищенных отходов и сточных вод.

Биологическое загрязнение водоемов происходит также при купании людей и животных. В течение 10 мин купания человек может внести в воду около 3 млрд сапротрофных микроорганизмов и от 100 тыс. до 20 млн представителей БГКП.

В результате эвтрофикации в водной экосистеме происходят следующие изменения:

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона, а также водорослей-обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды редко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, для которых эти растения являлись источником пищи или средой обитания

2. Сильно размножившиеся в верхних горизонтах воды растения (особенно водоросли) имеют намного большую суммарную биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов, например рыб (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако донная растительность в результате эвтрофикации погибла (см. пункт 1) и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается (см. пункт 2), то в придонных горизонтах кислород расходуется значительно быстрее, чем образуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донных и придонных животных. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения. В дальнейшем такой водоем будет мелеть, на дне его из остатков отмерших организмов начнет образовываться торф, и в итоге он превратится в болото.

Не следует думать, что эвтрофикация – это процесс, вызываемый исключительно вмешательством человека, т.к. в любой водоем в результате естественных процессов постепенно вымываются питательные вещества из окружающих его почв. Однако при воздействии человека этот процесс резко убыстряется, и вместо нескольких тысяч лет эвтрофикация водоемов происходит за несколько десятков лет.

Эвтрофикация является наиболее распространенным типом загрязнения водоемов, однако не единственным. Кроме биогенных элементов, в водоемы в результате хозяйственной деятельности человека попадают различные токсичные вещества – тяжелые металлы, нефтепродукты, пестициды, токсичные компоненты промышленных стоков и т.д.

Введение

Актуальность исследования. 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 - охарактеризовать источники загрязнения вод.

Для выполнения поставленной цели нами были решены следующие задачи: описать основные источники загрязнения пресноводных вод суши, проанализировать особенности очистки водоемов.

1. Источники загрязнения поверхностных вод суши

Реки в их естественном состоянии выполняют роль дренажных систем, собирающих сток с водосборного бассейна. Хозяйственная деятельность человека постепенно превращает реки в сточные канавы с очень высоким уровнем загрязнения (иногда до 100 ПДК). И если количественное истощение водозапасов планеты в ближайшем будущем человечеству не грозит, то качественное истощение водных ресурсов - налицо уже в наши дни.

Главными источниками загрязнения природных вод являются производственные предприятия химической, нефтяной, целлюлозно-бумажной промышленности, электроэнергетика и машиностроение, черная и цветная металлургия, сельское и коммунальное хозяйство. Величина сброса сточных вод в водоемы России в 2007 г. составила 59,3 км3 (около 3% глобального объема сточных вод).

Из этого количества в реки ежегодно сбрасывается до 30 км3 загрязненных вод, требующих как минимум 10-12-кратного разбавления. Для того чтобы гарантировать качество воды с содержанием загрязняющих веществ не выше ПДК, для промышленных предприятий установлены величины предельно допустимого сброса поллютантов (ПДС). В России ПДК по разным показателям превышены по всем крупным водоемам. Основные реки России - Волга, Дон, Кубань, Обь, Енисей, Лена - по качеству вод оцениваются как «загрязненные» и местами «сильно загрязненные».

Суммарная масса загрязняющих веществ (нефтепродукты, взвешенные вещества, сульфаты, хлориды, фенолы, соединения фосфора, жиры, масла, органические вещества, особо токсичные тяжелые металлы и синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и др.), поступающих в природные водоемы страны вместе со сточными водами, оценивается в 21 млн т.

Особенно неблагополучно состояние рек в зонах многонаселенных мегаполисов и крупных промышленных центров, где загрязнение вызывается прямым сбросом сточных и ливневых вод с поверхностей прилегающих территорий через коллекторы, необорудованные очистными сооружениями, канализационные люки и др.

Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивной эвтрофикации водоемов. Тяжелые металлы могут находиться в небольших, но весьма опасных концентрациях в обработанных, но полностью не очищенных сточных водах, или в более концентрированном виде в подземных водах на территориях свалок.

Один из источников поступления поллютантов в водную среду - это сухие и мокрые выпадения из атмосферы на поверхность водосборных бассейнов. Вместе с аэрозолями (главным образом сернистые и азотистые соединения) и пылью в водоемы, поверхностные и подземные воды попадают также тяжелые металлы, опасные органические соединения, радиоактивные вещества. Сейчас со всей очевидностью можно говорить, что основной объем загрязнения всей гидросферы, в частности более 70% загрязнения Мирового океана, связано с наземными источниками. Промышленность, строительство, коммунально-бытовое и сельское хозяйство поставляют загрязняющие вещества, создающие угрозу для жизнедеятельности биоты Океана.

Нефть, металлы, хлорорганические соединения, мусор, пластмассы, радиоактивные отходы медленно разлагаются, накапливаются в организмах. Нефть является самым стойким загрязнителем океанических вод. Ежегодно в моря и океаны поступает от 6 до 10 млн. т нефти (табл. 1). Известно, что 1 т нефти, растекаясь, образует на водной поверхности пятно в 12 км2. В нефтяных пленках аккумулируются ионы тяжелых металлов, пестициды и другие токсиканты, опасные для живых организмов.

Одним из основных источников загрязнения поверхностных и подземных вод служит сельское хозяйство - как земледелие, так и интенсивное животноводство. Во время половодий, весеннего таяния снега и после сильных дождей с поверхностей сельскохозяйственных угодий с водой смываются многие тонны ядохимикатов и минеральных удобрений.

Таблица 1. Источники загрязнения гидросферы нефтью (по У. Стонеру и Б. Сигеру)

Источник загрязненияОбщее количество, млн. т/годДоля, %Морские перевозки В том числе обычные перевозки2,13 1,8334,9 30,0Катастрофы0,34,9Вынос реками1,931.1Попадание из атмосферы0,69,8Промышленные отходы0,34,9Природные источники0,69,8Городские отходы0,34,9Отходы прибрежных нефтеочистительных заводов0,23,2Добыча нефти в открытом море В том числе: обычные операции аварии0,08 0,02 0,061,3 0,3 0,98

Например, в России на полях ежегодно используется несколько миллионов тонн удобрений и до 100 тыс. т ядохимикатов. Особенно опасны сбросы сточных вод животноводческих комплексов и птицефабрик, где уборка навоза и отходов производится гидросмывом без очистки сточных вод. Переполненные навозохранилища периодически сбрасывают огромное количество органики, приводя к эвтрофикации природных водоемов.

Это явление связано с избыточным поступлением биогенных веществ (главным образом соединений фосфора и азота) в озера, водохранилища, устья рек, приводящим к массовому росту водных растений, бурному «цветению» водорослей. Эвтро-фикация вызывает ряд неблагоприятных геоэкологических последствий: ухудшение качества воды, снижение рекреационной ценности водоема, гибель рыб, блокирование каналов и водосборов. Главными источниками поступления азота и фосфора являются сельское хозяйство и коммунально-бытовые стоки.

Подземные воды, как и другие компоненты окружающей среды, испытывают загрязняющее воздействие хозяйственной деятельности человека. Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации загрязненных сточных вод, свалок и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, животноводческих комплексов, населенных пунктов, не оборудованных канализацией и пр. Загрязняющие вещества в основном те же, что и для поверхностных вод: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота (с интенсивностью загрязнения в пределах 1 - 100 ПДК).

В России для хозяйственно-питьевого, производственно-технического водоснабжения и орошения земель разведано около четырех тысяч месторождений подземных вод, эксплуатационные запасы которых составляют 26,7 км3/год. Степень освоения их запасов в среднем по стране не превышает 33%. Наиболее крупные участки загрязненных подземных вод выявлены в Московской, Тульской, Пермской областях, в Татарстане, Башкортостане, а также близ городов Волгоград, Магнитогорск, Кемерово.

Население России в целом не обеспечено водой надлежащего качества вследствие неудовлетворительного состояния как водоемов (поверхностных и подземных), так и систем централизованного водоснабжения.

Около 1/3 населения используют для питья воду из децентрализованных источников. Анализ воды таких источников показал, что около 50% из них не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим и бактериологическим показателям. Особенно тяжелое положение сложилось в Архангельской, Калининградской, Калужской, Курской, Томской и Ярославской областях, Приморском крае, Дагестане, Калмыкии.

Обеспечение всех жителей Земли доброкачественной питьевой водой является важнейшей глобальной проблемой современности. Другой, не менее важной проблемой является рациональное использование водных ресурсов, экономия воды во всех видах водопотребления.

Сокращение масштабов загрязнения воды - путь к решению проблемы количественного и качественного истощения водных ресурсов мира.

Экономика использования водных ресурсов требует пересмотра. Пока вода во всем мире имеет низкую цену, во многих регионах она вообще бесплатна. Это ведет к неэффективному использованию водных ресурсов и, как следствие, к серьезным экологическим проблемам.

2. Особенности загрязнения поверхностных вод

Существуют две основные категории источников загрязнения водных объектов: источники точечного загрязнения и рассеянного загрязнения. К первой категории относятся, например, сбросы промышленных предприятий и очистных сооружений коммунальных стоков. Ко второй категории относятся, например, загрязнения, связанные с сельским хозяйством, такие как загрязнения вод продуктами распада удобрений и пестицидов. Стратегии управления точечным и рассеянным загрязнением весьма различны. В первом случае необходимо иметь дело с каждым источником, в то время как при рассеянном загрязнении нужно осуществлять стратегию управления всем речным бассейном, а точнее говоря, состоянием ландшафтов бассейна, в особенности антропогенно трансформированных.

В стратегиях по улучшению качества воды, как правило, начинают с точечного загрязнения, а по достижении определенных успехов затем обращаются к регулированию рассеянного загрязнения. В России пока основное внимание, да и то недостаточное, уделяется контролю точечного загрязнения.

Загрязняющие воду вещества и их индикаторы могут быть также разделены на несколько групп, вызывающих специфические проблемы качества воды в различных типах водных объектов и, соответственно, требующих различных стратегий их контроля:

микробиологические индикаторы, связанные со здоровьем человека (концентрация кишечной палочки как индикатор количества патогенных бактерий и др.);

взвешенные вещества (общее содержание, мутность и прозрачность воды);

органические вещества. Индикаторы загрязнения: растворенный кислород, биохимическое и химическое потребление кислорода (ВПК и ХПК), фосфаты, хлорофилл-А;

биогенные вещества (соединения азота и фосфора);

основные ионы (общее количество растворенных веществ, электропроводность, рН, кальций, магний, натрий, калий, хлориды, сульфаты, бикарбонаты, бор, фтор, жесткость воды);

неорганические микрозагрязнители (алюминий, мышьяк, бериллий, кадмий, хром, кобальт, медь, цианиды, сероводород, железо, свинец, литий, марганец, ртуть, молибден, никель, селен, ванадий, цинк);

органические микрозагрязнители (или диоксины) (их много: полихлорированные бифенилы, бензапирен, пестициды и др.; они вредны даже в очень малых концентрациях; вследствие малой концентрации их определение представляет большие трудности).

Основные проблемы, связанные с загрязнением различных водных объектов, представлены в табл. 2.

Таблица 2. Основные проблемы качества воды

Рассмотрим основные особенности этих проблем. Заражение патогенами - очень важный фактор высокой заболеваемости и смертности от желудочно-кишечных болезней. Оно находится в прямой зависимости от плотности населения и уровня его социально-экономического развития и потому в большей степени характерно для развивающихся стран. В развитых странах вода в системах питьевого водоснабжения обрабатывается, в то время как в развивающихся странах обработка не всегда удовлетворительна, если она вообще производится.

Даже в развитых странах загрязнение патогенами контролируется не полностью, как мы это только что видели в случае с криптоспоридиозом в США. В развивающихся странах оно широко распространено вниз по течению от городов и густонаселенных сельских территорий вследствие недостаточного развития канализации и систем очистки воды. В результате индекс патогенного загрязнения воды увеличивается в пределах города в 3200 раз, достигая 24 млн коли-палочек на 100 мл воды. Высокий уровень загрязнения патогенами и органическими веществами отмечается в р. Ганг; осуществляется специальная программа улучшения состояния этой великой реки Индии.

Заражение патогенами и загрязнение органическими веществами взаимосвязаны. Органические вещества - самая большая группа загрязнителей, исторически появляющаяся обычно первой, в самом начале процесса загрязнения реки. Они попадают в воду в растворенном или взвешенном виде, главным образом со стоками канализации или с нерегулируемыми бытовыми стоками.

В отдельных местах целлюлозо-бумажная и пищевая промышленность также вносят свой заметный вклад. Географическое распространение загрязнения органическими веществами в целом совпадает с распространением патогенного заражения. Реки обладают значительной самоочищающей способностью благодаря растворенному в воде кислороду, количество которого постоянно пополняется из атмосферы вследствие турбулентного режима течения рек.

Когда поступление органических веществ в реку начинает превышать ее самоочищающую способность, загрязнение воды прогрессивно возрастает. Для решения проблемы загрязнения воды органическими веществами и патогенами необходимо осуществлять комплекс мероприятий. Главную роль здесь играет снижение объема поступающих с бассейна загрязнений и, с другой стороны, строительство очистных сооружений.

Взвешенные вещества в речных водах это преимущественно тонкие частицы почвы. Концентрация взвешенных наносов является показателем степени водной эрозии почвы и потому - состояния бассейна. Сельское хозяйство играет значительную роль в этом процессе. В целом, при прочих равных условиях, чем выше площадь пахотных земель, тем больше сток наносов.

Общий сток наносов по рекам мира оценивается приблизительно в 20 млрд. т в год. Перемещение наносов в пределах речных бассейнов, по крайней мере, в пять раз больше, примерно 100 млрд. т. Деятельность человека значительно увеличивает сток наносов, во многом благодаря нарушению естественного состояния поверхности почв в бассейне реки. Антропогенно увеличивающийся сток наносов приводит к ухудшению условий судоходства на реках, заилению водохранилищ и оросительных систем. Тонкие частицы почвы, переносимые в виде наносов, обычно адсорбируют на своей поверхности соединения фосфора.

Это тот самый ил, который р. Нил приносила на поля каждое половодье, поддерживая плодородие почв Египта в течение тысячелетий. После сооружения плотин на реках почти все наносы аккумулируются в водохранилищах, вместе с адсорбированным фосфором. Это ведет к снижению как плодородия почв, так и рыбной продуктивности, в нижних бьефах плотин. Мероприятия по снижению эрозии почвы в бассейнах рек в то же время управляют перемещением фосфора в бассейне. Мы снова видим высокую степень сложности взаимосвязей в экосфере и ведущую роль воды в управлении территориальными системами.

Принято, что природные воды находятся в состоянии асидификации, если показатель их кислотности (рН) равен или меньше 5,0. Многие процессы в экосфере определяются кислотно-щелочными реакциями, то есть зависят от величины рН. Все биологические процессы в водоемах, такие как рост водорослей, распад микроорганизмов, нитрификация и денитрификация, отличаются своей оптимальной величиной рН, обычно в пределах 6-8. Изменения флоры и фауны в водных экосистемах - важный индикатор асидификации.

загрязнение вода качество очистка

3. Очистка воды

Важнейшими технологическими мерами рационального использования и охраны водных ресурсов являются совершенствование технологий производства, внедрение в практику безотходных технологий. В настоящее время совершенствуется ныне действующая оборотная система водоснабжения, или повторное использование воды.

Поскольку избежать полностью загрязнения воды невозможно, применяются биотехнические меры охраны водных ресурсов - принудительная очистка сточных вод от загрязнения. Основные методы очистки - механические, химические и биологические.

При механической очистке сточных вод нерастворимые примеси удаляются с помощью решеток, сит, жиро (масло) ловок и т.д. В отстойниках осаждают тяжелые частицы. Механической очисткой удается освободить воду от нерастворенных примесей на 60-95%.

При химической очистке применяются реагенты, которые переводят растворимые вещества в нерастворимые, связывают их, осаждают и удаляют из сточных вод, которые очищаются еще на 25-95%.

Биологическая очистка проводится двумя способами. Первый осуществляется на специально подготовленных полях фильтрации (орошения) с оборудованными картами, магистральными и распределительными каналами. Очистка происходит естественным способом - путем фильтрации воды через почвогрунты.

Органический фильтрат подвергается бактериальному разложению, воздействию кислорода, солнечных лучей и используется в дальнейшем в качестве удобрения. Применяется также каскад прудов-отстойников, в которых естественным путем происходит самоочищение воды.

Второй ускоренный способ очищения сточных вод производится с применением специальных биофильтров. Очистка сточных вод осуществляется фильтрацией через пористые материалы (гравий, щебень, песок и керамзит), поверхность которых покрыта пленкой микроорганизмов. Процесс очистки на биофильтрах происходит интенсивнее, чем на полях фильтрации.

В настоящее время практически ни один город не обходится без очистных сооружений, причем в городских условиях применяются все указанные способы в комплексе, что дает хороший эффект.

Заключение

Примерно 1/3 из них - промышленные сточные воды. Считается, что в водоемы поступает свыше 500 тыс. различных веществ. В воды попадают промышленные и бытовые отходы, содержащие соли различных металлов, яды, пестициды, удобрения, моющие средства, радиоактивные вещества. Более 2/3 загрязняющей водные системы нефти поступает в результате сброса отходов нефтепродуктов, используемых автомобилями и машинным оборудованием.

Анализ мирового водохозяйственного баланса показал, что на все виды водопользования тратятся 2200 м3 чистой воды в год. До сих пор рост качества очистных сооружений отстает от роста потребления воды.

Однако проблема очистки более серьезна, так как даже при самой совершенной технологии, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах.

Такая вода вновь может стать пригодной для хозяйственного потребления только после ее многократного разбавления чистой природной водой. На разбавление стоков уходят почти 20% ресурсов пресных вод мира.

Расчеты на начало нового тысячелетия, в предположении, что нормы водопотребления снизятся, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно на разбавление сточных вод ежегодно потребуется 30 - 35 тыс. м3 пресной воды.

Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 м3 очищенной сточной воды «портит» 10 м3 речной воды, а неочищенной - в 3 - 5 раз больше. Количество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится непригодной для потребления.

Литература

1.Голубев Г.Н. Геоэкология: Учебник - М.: Аспект-пресс, 2006. - 288 с.

2.Князева В.П. Экология. Основы реставрации. - М., 2006. - 328 с.

.Комарова Н.Г. Геоэкология и природопользование. - М.: Академия, 2008. -192 с.

.Костантинов В.М., Челидзе Ю.Б. Экологические основы природопользования. - М.: Академия, 2006. - 208 с.

Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды, загрязняющие воду вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения. Вещество, вызывающее нарушение норм качества воды (установленные значения показателей качества воды по видам водопользования), называется загрязняющим веществом. Микробное загрязнение вод происходит в результате вступления в водоемы патогенных микроорганизмов. Выделяют также тепловое загрязнение вод в результате поступления тепла.

Основной причиной загрязнения водных бассейнов является сброс в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, коммунальным и сельским хозяйством. Подсчитано, например, что если город потребляет в день 600 тыс. м а воды, то он дает около 500 тыс. м 3 сточных вод. Остатки удобрений и ядохимикатов, вымываемые из почвы, попадают в водоемы и загрязняют их.

Сточные воды - это воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека.

В настоящее время на всем земном шаре на промышленные хозяйственно-бытовые нужды расходуется 150 км 3 .воды в год. По сравнению с величиной устойчивого речного стока планеты это совсем немного - меньше 0,5%. Президент Международной комиссии поверхностных вод профессор М. И. Львович подсчитал, какую опасность таит эта «капля» для моря пресноводных ресурсов. Чтобы иметь в своем распоряжении 150 км 3 воды, необходимо из источников отбирать ее вчетверо больше - таков непреложный закон водопотребления. Следовательно, фактический во­дозабор достигает уже 600 км 3 в год. Разница в 450 км 3 - это возвратные воды, снова направляемые в реки и водоемы. Для обез­вреживания даже после основательной биологической очистки эти воды необходимо разбавлять чистой водой. Нормы разбавления иной раз очень высоки. Так, для стоков производства синтетических волокон кратность разбавления составляет 1: 185, для полиэтилена или полистирола - 1: 29.

Во всем мире на обезвреживание сточных вод ежегодно затрачивается 5 500 км 3 чистой воды - втрое больше, чем на все другие нужды человечества. Эта величина составляет уже 30% ycтойчивого стока всех рек земного шара. Следовательно, основную угрозу нехватки воды порождает не безвозвратное промышленное потребление, а загрязнение природных вод промышленными стоками и необходимость их разбавления.

Загрязнения, поступающие в сточные воды, условно можно разделить на несколько групп. Так, по физическому состоянию выделяют нерастворимые, коллоидные и растворенные примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологическое.

Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солеи растворами кислот, щелочей и другими веществами.

Органические загрязнения подразделяются по происхождении на растительные и животные. Растительные органические загрязнения представляют собой остатки растений, плодов, овощей и злаков, растительного масла и пр. Загрязнения животного про­исхождения- это физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и др.

Бактериальное и биологическое загрязнение свойственно глав­ным образом бытовым сточным водам и стокам некоторых про­мышленных предприятий. Среди последних - бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые производ­ства, биофабрики, предприятия микробиологической промышлен­ности и др.

Бытовые сточные воды включают воды от кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, хозяйст­венные воды, которые образуются при мытье помещений, и др. Они поступают из жилых и общественных зданий, от бытовых помещений промышленных предприятий и др. В бытовых сточных водах органическое вещество в загрязнениях составляет 58%, ми­неральные вещества - 42% (табл. 9).

В промышленном производстве вода используется как тепло­носитель, поглотитель, растворитель, как средство транспорти­ровки. Возможно, также использование воды для разных целей одновременно.

Многие предприятия машиностроения, металлообработки, коксо­химии, сланцепереработки, тепловые электростанции используют воду для охлаждения. Расходы воды на этих предприятиях для охлаждения достигает 80% от всего количества воды, используе­мой в производстве.

Вода - теплоноситель в технологическом процессе главным об­разом нагревается, а не загрязняется. Однако вода, используемая для охлаждения сырья, продукции или оборудования, также за­грязняется теми или иными вредными веществами.

На предприятиях нефтехимической и химической промышленности вода используется как растворитель, входит в состав продукции. При этом образуются, как правило, специфические сточные воды. В ряде случаев вода играет роль среды-поглотителя и средства транспортировки (обогащение, мойка, очистка сырья и продукции и т. п.). При этом она загрязняется механическими примесями и растворимыми химическими веществами. На химических, целлюлозно-бумажных и гидролизных заводах, а также на предприятиях легкой и пищевой промышленности вода используется в качестве рабочей среды.

Производство и широкое применение синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ"), особенно в составе моющих средств, обусловило поступление их со сточными водами во многие водо­емы, в том числе источники -хозяйственно-питьевого водоснабже­ния. В настоящее время эти вещества являются одним из самых распространенных химических загрязнений водоемов. Неэффективность очистки воды от ПАВ на современных водопроводных очистных сооружениях является причиной появления их в питьевой воде водопроводов. Поверхностно-активные вещества могут оказы­вать отрицательное влияние на качество воды, самоочищающую способность водоемов, организм человека, а также усиливать не­благоприятное действие других веществ на эти показатели, поэто­му необходимо ограничение их содержания в воде.

Все синтетические ПАВ делят на четыре класса: анионактивные, неионогенные, катионоактивные и амфолитные.

Анионоактивныс вещества , наиболее распространенные из ПАВ, являются основной составной частью синтетических моющих средств. К ним относятся главным образом алкильсульфаты, сульфонолы, алкилсульфонаты, динатриевая соль моноалкилсульфо-яктарной кислоты (ДНС).

Неионогенные вещества по объему производства составляют примерно 10% от всех остальных ПАВ. В меньшей мере, чем анионоактнвные ПАВ, используются в моющих средствах, больше - для промышленных целей. К ним относятся ОП-7, ОП-10, синтанолы, синтамид, проксанолы, проксамины и др.

Катионоактивные вещества составляют незначительную часть всех производимых ПАВ (доли процента). В моющих средствах используются как дезинфицирующие агенты.

В водоисточники ПАВ могут поступать с бытовыми сточными водами в результате использования их в составе синтетических моющих средств (CMC) в быту, в прачечных; с промышленными сточными водами при производстве и в результате использования ПАВ и CMC в промышленности; с поверхностным стоком с сель­скохозяйственных полей в результате использования ПАВ для эмульгирования пестицидов, а также с территорий, прилегающих к предприятиям, производящим CMC.

В подземные воды ПАВ могут попадать в результате использо­вания почвенных методов очистки сточных вод, содержащих ПАВ, при пополнении подземных вод водой из поверхностных водоисточников и при прочих загрязнениях почвы этими веществами.

Среднее потребление ПАВ на одного жителя составляет 2,5 г в сутки. При нормах водоотведения в пределах 125-350 л на че­ловека в сутки средняя расчетная концентрация ПАВ в бытовых сточных водах составит 7,1-20 мг/л.

Ввиду значительного содержания в городских стоках промыш­ленных сточных вод фактическое содержание ПАВ в смешанном стоке в настоящее время чаще всего в среднем около 5 мг/л. В связи с развитием производства ПАВ в будущем содержание их s сточных водах значительно возрастет.

Из анионоактивных ПАВ в стоках преобладают алкиларилсульфонаты (сульфонолы) и алкилсульфаты; может присутствовать также ДНС (динатриевая соль моноалкилсульфоянтарной кислоты), из неионогекных веществ - синтанол ДС-10 и другие вещества.

В бытовых сточных водах наряду с ПАВ присутствуют и другие ингредиенты CMC, в том числе триполифосфат натрия, кальцинированная сода, силикат натрия, карбоксиметилцеллгалоза, оптические отбеливатели, отдушки парфюмерные, алкилоламиды, пербораты, сульфат натрия и другие вещества. Постоянное присутствие анионоактивных веществ в бытовых сточиых водах, а также высокая чувствительность методов анализа этих веществ делают их интегральным показателем загрязнения водоёмов сточными водами. Из промышленных сточных вод наибольшее значение в загряз-|нении водоемов ПАВ и CMC имеют стоки предприятий легкой промышленности - текстильной, меховой, кожевенной, где они при­меняются для обезжиривания сырых кож при их дублении, для мойки хлопковой пряжи, шерсти, при отбелке, крашении "и печатении тканей и т. д.

ПАВ могут содержаться в сточ-ных водах многих других отраслей промышленности. Это связано с применением данных веществ в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химической технологии, получение полимеров. В нефтедобывающей промышленности загрязнение водоисточников может быть связано с применением ПАВ для улучшения условий бурения нефтяных и газовых скважин, заводнения нефтяных пластов, борьбы с отложениями парафина, коррозией оборудования.В промышленных сточных водах содержание аиионоактивных и неионогенных веществ колеблется в широких пределах. Так, в стоках предприятий первичной обработки шерсти оно превышает 200 мг/л, в стоках некоторых текстильных и меховых фабрик оно находится в пределах 5-50 мг/л.

Одним из существенных источников загрязнения водоемов являются крупные механизированные прачечные, в стоках которых содержание ПАВ составляет 100-200 мг/л и выше.

Наряду с ПАВ, широко распространенными химическими загрязнителями водоемов являются пестициды, которые поступают в водоемы с дождевыми и талыми водами (поверхностный сток), смывающими их с растений и почвы; при авиа- и наземной обра­ботке сельскохозяйственных угодий и лесов; при непосредствен­ной обработке водоемов пестицидами; с дренажно-коллекторными водами, образующимися в сельскохозяйственном производстве при выращивании хлопка и риса; со сточными водами, образующимися в сельском хозяйстве в результате применения пестицидов, и сто-ками предприятий, производящими их.

Степень опасности сноса пестицидов в период обработки сельскохозяйственных угодий зависит от способа применения и формы препарата. При наземной обработке опасность загрязнения водоемов меньше. При авиаобработке препарат может сноситься потоками воздуха на сотни метров и осаждаться на необработанном территории и поверхности водоемов.

Решениями XXV съезда КПСС и специальным постановлением ЦК КПСС «О дальнейшем развитии специализации и концентра­ции сельскохозяйственного производства на базе межхозяйственной кооперации и аграрно-промышленной интеграции» (1976) пре­дусматривается дальнейшее развитие одной из важнейших отрас­лей сельского хозяйства - животноводства на основе специализа­ции, концентрации и комплексной механизации производства. В настоящее время развернуто строительство крупных животно­водческих ферм и комплексов по выращиванию и откорму круп­ного рогатого скота па 3, 6, 10 и 15 тыс., свиней - на 5, 12, 16, 24, 56, 108 тыс. и птицы -на 100-150 тыс. кур-несушек в год. Концентрация животных в крупных хозяйствах является причи­ной образования значительного количества жидкого навоза (смеет, жидких и твердых экскрементов). К концу десятой пятилетки ежегодное накопление этого субстрата составит 500 млн. т. В свя­зи с этим необходимо принять меры по предотвращению поступле­ния необезвреженного жидкого навоза во внешнюю среду (почву, водоемы и т. д.), так как это представляет опасность в санитарно-эпидемиологическом отношении.

Источником загрязнения водоемов вредными веществами явля­ются также сточные воды судов, которые разделяются на три группы: фановые, или фекальные; хозяйственно-бытовые, вклю­чающие стоки от камбуза, душей, прачечных и др.; подсланевые, или нефтесодержащие. Для фановых сточных вод характерно высокое бактериальное (коли-индекс достигает Ю 10 -10 12), а так­же органическое загрязнение (химическое потребление кислорода достигает 1500-2000 мг/л). Объем этих вод сравнительно неве­лик - суточное количество на всех судах бассейна Волги не пре­вышает 5-6 тыс. м 3 .

Хозяйственно-бытовые сточные воды характеризуются невы­соким органическим загрязнением, но ярко выражено бактериальное загрязнение: коли-индекс достигает 10 s -10 е. Эти сточные воды обычно сбрасываются за борт судна по мере образова­ния. Сброс их запрещен в зоне санитарной охраны водопроводов.

Подсланевые воды образуются в машинных отделениях судов. Они отличаются высоким содержанием нефтепродуктов.

В последние годы водоемы приняли многие и многие тысячи единиц так называемого маломерного флота (катера, различные лодки с подвесными моторами). Маломерный флот стал серьезным загрязнителем водоемов.

Источником загрязнения водоемов является также поверхност­ный сток. Суммарное количество загрязнений, которые попадают в водоемы и водотоки с поверхностным стоком урбанизированных территорий, составляет примерно 8-15% от показателей загряз­нения хозяйственно-бытовых сточных вод.

Подземные воды.

Выделяют микробное и химическое загрязнение подземных вод. Источниками загрязнения подземных вод могут быть промышленные предприятия и коммунально-бытовые объекты. При микробном загрязнении подземных вод некоторые патогенные бактерии и вирусы довольно длительно сохраняют свою жизнедеятельность (100 и более суток).

Микробному загрязнению чаще подвергаются грунтовые воды, Очаги загрязнения образуются при наличии полей ассенизации и фильтрации, скотных дворов, выгребных ям, через которые идет прямая фильтрация загрязненных вод. И если грунты в зоне аэрации теряют свои очищающие свойства, начинается загрязнение грунтовых вод. Особенно опасны очаги загрязнения в местах хорошо проницаемых трещиноватых или крупнообломочных пород. В таких случаях загрязнения с атмосферными осадками могут проникать в подземные воды. Загрязнение грунтовых вод может также происходить при сбросе сточных вод в поглощающие скважины, ямы, колодцы.

Загрязнение артезианских вод может иметь место при сбросе сточных вод в поглощающие скважины, а также при протекании загрязненных грунтовых вод через корродированные трубы и затрубное пространство заброшенных скважин, имеющих дефекты. Загрязнение подземных вод химическими веществами может идти через загрязненные поверхностные воды, за счет которых осуществляется питание подземных.

На промышленных предприятиях для очистки сточных вод используют пруды-отстойники, шламовые пруды, пруды-накопители, пруды-испарители, хвостохранилища, золоотвалы и др. В ряде случаев они также могут быть источником загрязнения подземных вод. При использовании земледельческих полей орошения и полей фильтрации для очистки сточных вод также не исключено загрязнение подземных вод вредными химическими веществами.

В подземные воды могут поступать и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Загрязнение ПАВ наблюдается при использовании почвенных методов очистки сточных вод, содержащих ПАВ, при пополнении запасов подземных вод из поверхностных водоисточников, содержащих ПАВ.

Источником загрязнения подземных вод могут быть атмосферные осадки, загрязняющиеся на территориях, занятых промышлен­ными отходами, солеотваламн, на участках хранения нефтепро­дуктов, сырья и готовой продукции предприятий химической промышленности, складов ядохимикатов и удобрений.

Источники загрязнения водных объектов чрезвычайно многообразны. Прежде всего это стоки городов и промышленных предприятий. В последние годы в ряде районов с ними «конкурируют» стоки животноводческих комплексов и воды, поступающие с ирригационных массивов и богарных земель. В целом по стране в водные объекты сбрасывается 163 км3 сточных вод, в том числе 7 км3 неочищенных и 9 км3 недостаточно очищенных. Сказываясь на состоянии водных объектов, загрязнение наносит ущерб и экономике, так как, например, со стоками промышленных предприятий теряются ценные продукты.

Во многих регионах мира загрязнение вод все больше связывается с атмосферными осадками. Определенную роль в ухудшении качества воды играет изменение режима рек и озер. Загрязнение водосборной площади, закачка промышленных стоков в подземные горизонты, фильтрация и утечка вод из различных отстойников и накопителей приводят к загрязнению и подземных вод.

Все это вызывает нарушение функционирования экосистем, снижает их биопродуктивность, в ряде случаев вырождаются ценные виды флоры и фауны, причиняется прямой ущерб здоровью человека. По данным санитарно-эпидемиологической службы, ј часть водопроводов коммунального хозяйства и 1/3 ведомственных подают воду без достаточной очистки, в результате чего водопроводная вода не отвечает гигиеническим требованиям ни по химическим, ни по бактериологическим показателям, что обусловливает высокий уровень как инфекционной, так и неинфекционной заболеваемости.

Доля промышленности в загрязнении поверхностных вод в целом по России, по некоторым расчетам, составляет около 70-80%.

Наиболее распространенным, опасным и повсеместным источником загрязнения воды являются нефтепродукты. Этому способствуют широкое использование нефти и нефтепродуктов в различных отраслях народного хозяйства, добыча нефти в прибрежных районах и на шельфах внутренних морей, транспортировка ее водным, железнодорожным и автомобильным транспортом, а также по трубопроводам. Попав в водоем, 1 т нефти растекается по поверхности площадью 12 км3. Особо сильные бедствия народное хозяйство терпит во время тех или иных аварий при добыче и транспортировке нефти. Даже незначительное содержание ее (0,2-0,4 мг/л) придает воде специфический запах, который в течение долгого времени не устраняется никакими способами.

В сточных водах химических предприятий находится много фенолов, которые придают воде резкий, неприятный запах, нарушают биологические процессы. Стоки многих предприятий, а также шахтные и рудничные воды содержат значительное количество цинка и меди. В последние десятилетия появившиеся в сточных водах синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) резко ухудшают биохимическую очистительную способность воды. Даже относительно небольшие концентрации СПАВ ведут к прекращению роста водной растительности, усилению неприятного запаха, нередко образуют стойкие скопления пены.

Тепловые и атомные электростанции, потребляющие огромные количества воды и сбрасывающие в водоемы подогретые воды, ведут к тепловому загрязнению водоемов, что нарушает термический, гидрохимический и гидробиологический режимы водных объектов.

Существенный источник загрязнения воды - коммунальное хозяйство населенных пунктов. В составе коммунальных стоков наряду с фекальными водами, которые содержат особо опасные для здоровья человека яйца гельминтов, а также болезнетворные микробы и вирусы, имеется много вредных соединений, сбрасываемых предприятиями пищевой промышленности, автомобильного транспорта, общественного питания, торговли. Причем, если в настоящее время по количеству отводимых в водные объекты стоков на первом месте стоит промышленность, то в перспективе, при повышении культуры производства и по мере роста благоустройства населенных пунктов и их числа, это соотношение будет изменяться и количество бытовых сточных вод возрастет. Ливневые стоки с городских территорий, общая площадь которых составляет многие десятки тысяч квадратных километров, включают значительное количество нефти, органических продуктов. В отличие от бытовых и промышленных они большей частью не подвергаются очистке. Эти стоки поступают в водоемы в период весеннего снеготаяния и интенсивных и продолжительных дождей.

Одним из источников загрязнения вод является сельское хозяйство. Основными загрязняющими ингредиентами в поверхностном стоке с сельскохозяйственных угодий выступают частицы почвы, органическое вещество (гумус), удобрения и пестициды, вредные микроорганизмы. Из внесенных на склоновые земли удобрений вымывается до 20% азота, 2-5% фосфора и 10-70% калия. Вынос пестицидов с богарных земель достигает 1%, с орошаемых - до 4% от внесенного количества. Поскольку стоки с полей невозможно пропустить через очистные сооружения, опасность загрязнения вод удобрениями и пестицидами трудно переоценить. Биогенные вещества способствуют интенсивному «цветению» воды, вызывают прогрессирующую эвтрофикацию водных объектов и приводят к нарушению процессов самоочищения.

Животноводческие комплексы и фермы, как правило, располагаются на берегах водоемов и рек. При отсутствии жижесборников и навозохранилищ их отходы смываются ливневыми стоками или спускаются в водные объекты. Эти отходы содержат яйца гельминтов и патогенные микроорганизмы. В России в год животноводческими комплексами и фермами спускается в водоемы более 1 млрд м3 отходов, что соответствует по степени загрязнения биогенными элементами количеству бытовых вод от городов с суммарной численностью населения около 300 млн. человек. Общий годовой сток крупных птицефабрик в 1,5 раза превышает объем сточных вод животноводства.

Водный транспорт представляет угрозу для чистоты водоемов и водотоков в случае прямого сброса в них отходов, особенно подсланевых вод, сильно загрязненных нефтепродуктами. Значительное количество нефти попадает в водные объекты при перевозке ее танкерами, сливании балластной воды, которой заполняются танкеры для придания им устойчивости во время холостых ходов и которую нередко сбрасывают в водоемы, чтобы не терять время на станциях промывки. Аварии же танкеров приводят к неисчислимым бедствиям, губят флору и фауну, нарушая условия водоснабжения населенных пунктов и выводя из строя пляжи.

Многие реки нашей страны, преимущественно на севере и в горных районах, загрязняются при сплаве леса, прежде всего на тех участках, где имеется молевой сплав. До 10% бревен тонут и остаются лежать на дне; на дно же оседает и кора. Затонувшая древесина, медленно разлагаясь, поглощает кислород и отравляет воду фенолами и др. вредными веществами. Особенно большой ущерб молевой лесосплав наносит рыбному хозяйству, разрушая нерестилища, травмируя рыбу и кормовые организмы.

Такой источник загрязнения водных объектов, как атмосферные осадки, содержит промышленные выбросы. Ежегодно в атмосферу Земли поступает более 53 млн. т оксидов азота, 200 млн. т оксида углерода, около 150 млн. т диоксида серы, 200-250 млн. т пыли и 120 млн. т золы. Твердые частицы перемещаются воздушными потоками на большие или меньшие расстояния и нередко выпадают непосредственно на водную поверхность. Газообразные выбросы, растворяясь в атмосферной влаге, выпадают на поверхность Земли в виде «кислотных» дождей иногда на расстоянии многих сотен километров от мест их зарождения. От «кислотных» дождей особенно сильно страдают озера и леса.

В ряде районов водные объекты загрязняются при добыче полезных ископаемых, торфоразработках. За последние десятилетия существенным источником загрязнения рек и водоемов стала рекреация, особенно такие ее виды, как массовое купание и маломерный флот. Все большую роль в загрязнении водоемов и водотоков играет гидротехническое строительство. Зарегулирование стока рек и создание водохранилищ привело к значительному замедлению водообмена, в частности в Волге примерно в 10 раз. Уменьшение скорости водообмена явилось одной из причин массового развития синезеленых водорослей, «цветения» воды.

Среди подземных вод в наибольшей степени от загрязнения страдают грунтовые, поскольку артезианские водные горизонты, перекрытые водоупорными породами, находятся в более благоприятных условиях.

Отмечается как бактериальное, так и химическое загрязнение подземных вод. Основными источниками бактериального загрязнения подземных вод служат поля ассенизации и фильтрации, скотные дворы, разного рода выгребные ямы, неисправные канализационные сети. В случае перекрытия источника загрязнения самоочищение бактериально загрязненных вод происходит очень быстро.

Химическому загрязнению подземные воды подвергаются вследствие воздействие воздействия сточных вод промышленных предприятий, которые фильтруются в подземные горизонты из разного рода прудов-отстойников, прудов-накопителей, прудов-испарителей, шламовых прудов, а также из хвостохранилищ, золоотвалов и т. п. Немало загрязняющих веществ поступает в подземные воды с атмосферными осадками, выпадающими на территории, на которых находятся хранилища отходов химических предприятий, склады сырья и готовой химической продукции, на загрязненные территории различных промышленных предприятий или сельскохозяйственные поля, где широко применяются удобрения и ядохимикаты. Нередко поставщиком загрязняющих веществ могут явиться минерализованные подземные воды. Загрязнение подземных вод также происходит в районах добычи полезных ископаемых.

Проникновение и распространение химического загрязнения в меньшей степени, чем бактериального, определяется свойствами горных пород, через которые фильтруются загрязненные растворы. Самоочищение подземных вод от химических загрязнений происходит очень медленно, особенно от нефтепродуктов и детергентов, и загрязняющие вещества перемещаются по водоносным пластам на большие расстояния.

Итак, деятельность человека существенно изменила объем и скорость массоэнергетических потоков, в результате чего водные объекты теряют возможность самоочищения и в некоторых случаях превращаются в мертвые. (5)

Рис. 1.11. Блок-схема очистных сооружений канализации:
1 - сточная жидкость; 2 - узел механической очистки; 3 - узел биологической очистки; 4 - узел дезинфекции; 5 - узел обработки осадка; 6 - очищенная вода; 7 - обработанный осадок; сплошной линией показано движение жидкости, пунктиром - движение осадка

летворяют людей. Хотя озонирование и обработка ультрафиолетовыми лучами считаются наиболее лучшими способами очистки воды от канцерогенных веществ, их применение ограничено из-за высокой стоимости оборудования водоочистных станций. Метод обеззараживания воды хлором - наиболее распространенный способ, но хлорированная вода несет в себе серьезную опасность для здоровья людей. Закачка сточных вод через специально оборудованные скважины в глубокие изолированные горные горизонты (подземное захоронение). При этом способе отпадает необходимость в дорогостоящей очистке и обезвреживании сточных вод и в сооружении очистных сооружений. К этому способу, хотя и перспективному, необходимо относится с осторожностью, т.к. пока еще не известны мутагенные превращения сточных вод в глубоких залеганиях горных пластов. В нефтегазодобыче, нефтепереработке, машиностроении, химической промышленности преобладающим видом загрязняющих компонентов являются нефть, газ с высоким содержанием сероводорода, нефтепродукты, СПАВы, фенолы и прочее. Здесь необходимо применение различных систем и устройств по утилизации промышленных отходов и качественной очистке производственных сточных вод.
Поверхностная гидросфера органично связана с атмосферой, подземной гидросферой, литосферой и другими компонентами окружающей природной среды. Учитывая неразрывную связь всех ее экосистем, невозможно обеспечить чистоту поверхностных водоемов и водостоков без защиты от загрязнения атмосферы, почв, подземных вод и др.