Загрязнение воды - это понижение ее качества в результате попадания в реки, ручьи, озера, моря и океаны различных физических, химических или биологических веществ. Загрязнение воды имеет много причин.
Сточные воды
Промышленные стоки, содержащие неорганические и органические отходы, нередко спускаются в реки и моря. Ежегодно в водные источники попадают тысячи химических веществ, действие которых на окружающую среду заранее не известно. Сотни из этих веществ представляют собой новые соединения. Хотя промышленные стоки во многих случаях подвергаются предварительной очистке, они все-таки содержат токсичные вещества, которые трудно обнаружить.
Бытовые сточные воды, содержащие, например, синтетические моющие средства, в конце концов попадают в реки и моря. Удобрения, смываемые с поверхности почвы, попадают в водостоки, ведущие к озерам и морям. Все эти причины приводят к сильному загрязнению воды, особенно в замкнутых бассейнах-озерах, заливах и фьордах.
Твердые отходы. Если в воде находится большое количество взвешенных твердых веществ, они делают ее непрозрачной для солнечного света и тем самым препятствуют процессу фотосинтеза в водных бассейнах. Это в свою очередь вызывает нарушения в цепи питания в таких бассейнах. Кроме того, твердые отходы вызывают заиливание рек и судоходных каналов, что приводит к необходимости частого проведения дноуглубительных работ.
Эвтрофикация. В промышленных и сельскохозяйственных сточных водах, которые попадают в водные источники, велико содержание нитратов и фосфатов. Это приводит к пересыщению удобряющими веществами замкнутых водоемов и вызывает в них усиленный рост простейших микроорганизмов-водорослей. Особенно сильно разрастается сине-зеленая водоросль. Но, к сожалению, она несъедобна для большинства видов рыб. Разрастание водорослей приводит к поглощению из воды большего количества кислорода, чем может естественно образовываться в ней. В результате происходит увеличение ВПК такой воды. Попадание в воду биологических отходов, например древесной целлюлозы или необработанных канализационных вод, также приводит к повышению ВПК. Другие растения и живые существа не могут выжить в такой среде. Однако в ней сильно размножаются микроорганизмы, способные разлагать мертвые растительные и животные ткани. Эти микроорганизмы поглощают еще больше кислорода и образуют еще больше нитратов и фосфатов. Постепенно в таком водоеме значительно уменьшается число видов растений и животных. Наиболее важными жертвами происходящего процесса оказываются рыбы. В конце концов, уменьшение концентрации кислорода в результате разрастания водорослей и микроорганизмов, разлагающих мертвые ткани, приводит к старению озер и их заболачиванию. Этот процесс называется эвтрофикацией.
Классическим примером эвтрофикащш является озеро Эри в США. За 25 лет содержание азота в этом озере повысилось на 50%, а содержание фосфора-на 500%. Причиной послужило главным образом попадание в озеро бытовых сточных вод, содержащих синтетические моющие средства. Синтетические моющие средства содержат много фосфатов.
Очистка сточных вод не дает необходимого эффекта, поскольку позволяет удалять из воды только твердые вещества и лишь небольшую долю растворенных в ней питательных веществ.
Токсичность неорганических отходов. Сброс промышленных сточных вод в реки и моря приводит к повышению в них концентрации токсичных ионов тяжелых металлов, например кадмия, ртути и свинца. Существенная их часть поглощается или адсорбируется определенными веществами, и это иногда называют процессом самоочищения. Однако в замкнутых бассейнах тяжелые металлы могут достигать опасно высоких уровней.
Наиболее известный случай такого рода произошел в заливе Минамата в Японии. В этот залив сбрасывались промышленные сточные воды, содержащие ацетат метил-ртути. В результате ртуть стала попадать в цепь питания. Она поглощалась водорослями, которые поедали моллюски; моллюсками питались рыбы, а рыба употреблялась в пищу местным населением. Содержание ртути в рыбе оказалось настолько высоким, что это привело к появлению детей с врожденными уродствами и к смертельным случаям. Это заболевание получило название болезни Минамата.
Большую озабоченность вызывает также повышение уровня нитратов, наблюдаемое в питьевой воде. Высказывается мнение, что высокое содержание нитратов в воде может приводить к возникновению рака желудка и являться причиной повышенной детской смертности.
Однако проблема загрязненности воды и ее антисанитарного состояния не ограничивается развивающимися странами. Четвертая часть всего Средиземноморского побережья считается опасно загрязненной. Согласно отчету о загрязнении Средиземного моря, опубликованному в 1983 г. в рамках Программы охраны окружающей среды ООН, употребление в пищу выловленных там моллюсков и омаров небезопасно для здоровья. В этом регионе распространены тиф, паратиф, дизентерия, полиомиелит, вирусный гепатит и пищевые отравления, периодически возникают вспышки холеры. Большинство этих заболеваний вызывается сбросом в море неочищенных сточных вод. По имеющимся оценкам, 85% отходов из 120 прибрежных городов сбрасывается в Средиземное море, в котором купаются и ловят рыбу отдыхающие и местные жители. Между Барселоной и Генуей на каждую милю береговой линии приходится приблизительно 200 тонн сбрасываемых отходов в год.
Пестициды
Наиболее токсичными пестицидами являются галогенопроизводные углеводородов, например ДДТ и полихлорированные бифенилы. Хотя ДДТ запрещен к применению уже во многих странах, в иных странах он еще продолжает применяться, и приблизительно 25% используемого количества этого вещества достигает моря. К сожалению, эти галогенопроизводные углеводородов химически устойчивы и не разлагаются микроорганизмами. Поэтому они накапливаются в цепи питания. ДДТ может уничтожать все живое в масштабе целых речных бассейнов; он также препятствует размножению птиц.
Утечка нефти
Только в США ежегодно происходит приблизительно 13000 случаев утечки нефти. В морскую воду ежегодно попадает до 12 млн. т нефти. В Великобритании ежегодно выливается в канализацию свыше 1 млн. т использованного машинного масла.
Нефть, пролитая в морскую воду, оказывает много неблагоприятных воздействий на жизнь моря. Прежде всего гибнут птицы-тонут, перегреваются на солнце или лишаются пищи. Нефть ослепляет живущих в воде животных-тюленей, нерпу. Она уменьшает проникнование света в замкнутые водоемы и может повышать температуру воды. Это особенно губительно для организмов, способных существовать только в ограниченном интервале температур. Нефть содержит токсичные компоненты, например ароматические углеводороды, которые губительно действуют на некоторые формы водной жизни даже в таких концентрациях, как несколько миллионных долей.
О.В.Мосин
Потребности в воде. Каждому ясно, как велика роль воды в жизни нашей планеты и в особенности в существовании биосферы. Напомним, что ткани большинства растительных и животных организмов содержат от 50 до 90 процентов воды (исключение составляют мхи и лишайники, содержащие 5-7 процентов воды). Все живые организмы нуждаются в постоянном поступлении воды извне. Человек, ткани которого на 65 процентов состоят из воды, может прожить без питья всего лишь несколько суток (а без еды он может жить больше месяца). Биологическая потребность человека и животных в воде за год в 10 раз превышает их собственную массу. Еще более внушительны бытовые, промышленные и сельскохозяйственные нужды человека. Так, для производства тонны мыла требуется 2 тонны воды, сахара - 9, изделий из хлопка - 200, стали 250, азотных удобрений или синтетического волокна - 600, зерна - около 1000, бумаги - 1000, синтетического каучука - 2500 тонн воды.
В 1980 году человечеством было использовано для различных нужд 3494 кубокилометра воды (66 процентов в сельском хозяйстве, 24.6 - в промышленности, 5,4 - на бытовые нужды, 4 процента - испарение с поверхности искусственных водохранилищ). Это составляет 9-10 процентов от глобального речного стока. В процессе использования 64 процента изъятой воды испарилось, а 36 процентов были возвращены в природные водоемы.
В нашей стране в 1985 году для хозяйственных нужд было взято 327 кубокилометров чистой воды, а объем сброса составил 150 кубокилометров (в 1965 году он равнялся 35 кубокилометрам). В 1987 году в СССР было взято для всех нужд 339 кубокилометров пресной воды (из подземных источников около 10 процентов), то есть примерно 1200 тонн на душу населения. Из общего объема 38 процентов пошло на нужды промышленности, 53 - на нужды сельского хозяйства (включая орошение засушливых земель) и 9 процентов - на питье и хозяйственно-бытовые нужды. В 1988 году было взято уже около 355- 360 кубокилометров.
Загрязнение воды. Использованная человеком вода в конечном счете возвращается в природную среду. Но, кроме испарившейся, это уже не чистая вода, а бытовые, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды, обычно не очищенные или очищенные недостаточно. Таким образом, происходит загрязнение пресноводных водоемов - рек, озер, суши и прибрежных участков морей. У нас в стране из 150 кубокилометров сточных вод 40 кубокилометров сбрасывается без всякой очистки. Да и современные методы очистки вод, механической и биологической, далеки от совершенства. По свидетельству Института биологии внутренних вод СССР 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.
Биологическое загрязнение. Различают три вида загрязнения вод - биологическое, химическое и физическое. Биологическое загрязнение создается микроорганизмами, в том числе болезнетворными, а также органическими веществами, способными к брожению. Главными источниками биологического загрязнения вод суши и прибрежных вод морей являются бытовые стоки, которые содержат фекалии, пищевые отбросы; сточные воды предприятий пищевой промышленности (бойни и мясокомбинаты, молочные и сыровареные заводы, сахарные заводы и т. п.), целлюлозно-бумажной и химической промышленности, а в сельской местности - стоки крупных животноводческих комплексов. Биологическое загрязнение может стать причиной эпидемий холеры, брюшного тифа, паратифа и других кишечных инфекций и различных вирусных инфекций, например гепатита.
Степень биологического загрязнения характеризуется главным образом тремя показателями. Один из них - это количество кишечных палочек (так называемых лактозоположительных, или ЛКП) в литре воды. Оно характеризует загрязненность воды продуктами жизнедеятельности животных и указывает на возможность присутствия также болезнетворных бактерий и вирусов. По Государственному стандарту 1980 года, например, купание считается безопасным, если в воде содержится не более 1000 ЛКП на литр. Если в воде содержится от 5000 до 50 000 ЛКП на литр, то вода считается грязной, и при купании есть риск заразиться. Если же в литре воды содержится более 50 000 ЛКП, то купание недопустимо. Понятно, что после обеззараживания путем хлорирования или озонирования питьевая вода должна удовлетворять гораздо более жестким стандартам.
Для характеристики загрязненности органическими веществами служит другой показатель - биохимическое потребление кислорода (БКП). Он показывает, какое количество кислорода требуется микроорганизмам для переработки всего подверженного разложению органического вещества в неорганические соединения (в течение, скажем, пяти суток - тогда это БПК 5 . По принятым у нас в стране стандартам БПК 5 у питьевой воды не должен превышать 3 миллиграммов кислорода на литр воды. Наконец, третий показатель - это содержание растворенного кислорода. Он обратно пропорционален ВПК. Питьевая вода должна содержать более 4 миллиграммов растворенного кислорода на литр.
Химическое загрязнение создается поступлением в воду различных ядовитых веществ. Основные источники химического загрязнения - это доменное и сталелитейное производство, предприятия цветной металлургии, горнодобывающая, химическая промышленность и в большой мере экстенсивное сельское хозяйство. Кроме прямых сбросов сточных вод в водоемы и поверхностного стока, надо учитывать также попадание загрязнителей на поверхность воды непосредственно из воздуха.
В табл. 3 приведены скорости загрязнения поверхностных вод ядовитыми тяжелыми металлами (по данным тех же авторов, что и сведения о загрязнении металлами воздуха и почвы). В эти данные входит 30 процентов массы металлов, поступающих в атмосферный воздух.
Как и в загрязнении атмосферы, в загрязнении поверхностных вод (и, несколько забегая вперед, вод океана) среди тяжелых металлов пальму первенства держит свинец: у него отношение искусственного источника к естественному превышает 17. У других тяжелых металлов - меди, цинка, хрома, никеля, кадмия искусственный источник поступления в природные воды также больше естественного, но не настолько, как у свинца. Большую опасность представляет загрязнение ртутью, попадающей в природные воды из воздуха, лесов и полей, обрабатываемых пестицидами, а иногда и в результате промышленных сбросов. Исключительно опасен сток вод из ртутных месторождений или рудников, где ртуть может переходить в растворимые соединения. Эта угроза делает крайне опасными проекты водохранилищ на алтайской реке Катунь.
В последние годы существенно увеличилось поступление в поверхностные воды суши нитратов из-за нерационального применения азотных удобрений, а также из-за увеличения выбросов в атмосферу с выхлопными газами автомобилей. Это же относится и к фосфатам, для которых, помимо удобрений, источником служит все более широкое применение различных моющих средств. Опасное химическое загрязнение создают углеводороды - нефть и продукты ее переработки, которые попадают в реки и озера как с промышленными сбросами, в особенности при добыче и транспортировке нефти, так и в результате смыва с почвы и выпадения из атмосферы.
Разбавление сточных вод. Чтобы сделать сточные воды более или менее пригодными для использования, их подвергают многократному разбавлению. Но правильнее было бы сказать, что при этом чистые природные воды, которые могли быть использованы для любых целей, в том числе для питья, становятся менее пригодными для этого, загрязненными. Так, если считать обязательным разбавление в 30 раз, то, например, для разбавления 20 кубокилометров сточных вод, сбрасываемых в Волгу, понадобилось бы 600 кубокилометров чистой воды, что более чем вдвое превышает годовой сток этой реки (250 кубокилометров). Для разбавления всех сбрасываемых в реки стоков в нашей стране потребовалось бы 4500 кубокилометров чистой воды, то есть почти весь речной сток в СССР, составляющий 4,7 тысячи кубокилометров. Это значит, что в нашей стране уже почти не осталось чистых поверхностных вод.
Разбавление сточных вод снижает качество воды в природных водоемах, но обычно не достигает своей главной цели - предотвращения вреда для здоровья людей. Дело в том, что вредные примеси, содержащиеся в воде в ничтожных концентрациях, накапливаются в некоторых организмах, употребляемых людьми в пищу. Сначала ядовитые вещества попадают в ткани мельчайших планктонных организмов, затем они накапливаются в организмах, которые в процессе дыхания и питания фильтруют большое количество воды (моллюски, губки и т. п.) и в конечном итоге как по пищевой цепи, так и в процессе дыхания концентрируются в тканях рыб. В результате концентрация ядов в тканях рыб может стать больше, чем в воде, в сотни и даже тысячи раз.
В 1956 году в Минамата (остров Кюсю, Япония) разразилась эпидемия неизвестной болезни с полным расстройством центральной нервной системы. У людей ухудшились зрение, слух, нарушалась речь, терялся разум, движения становились неуверенными, сопровождались дрожью. Болезнь Минамата охватила несколько сотен человек, в 43 случаях был зарегистрирован смертельный исход. Оказалось, что виновником был химический завод на берегу бухты. Тщательные исследования, которым администрация завода первоначально чинила всяческие препятствия, показали, что в его сточных водах содержатся соли ртути, которые используются при производстве ацетальдегида в качестве катализаторов. Соли ртути и сами ядовиты, а под действием специфических микроорганизмов в бухте они превращались в исключительно ядовитую метилртуть, которая концентрировалась в тканях рыб в 500 тысяч раз. Этой рыбой и отравлялись люди.
Разбавление промышленных стоков и тем более растворов удобрений и пестицидов с сельскохозяйственных полей происходит часто уже в самих природных водоемах. Если водоем непроточный или слабопроточный, то сброс в него органических веществ и удобрений ведет к переизбытку питательных веществ - эвтрофикации и зарастанию водоема. Сначала в таком водоеме накапливаются питательные вещества и бурно разрастаются водоросли, главным образом микроскопические синезеленые. После их отмирания биомасса опускается на дно, где происходит ее минерализация с потреблением большого количества кислорода. Условия в глубинном слое такого водоема становятся непригодными для жизни рыб и других организмов, нуждающихся в кислороде. Когда весь кислород исчерпан, начинается бескислородное брожение с выделением метана и сероводорода. Тогда происходит отравление всего водоема и гибель всех живых организмов (кроме некоторых бактерий). Такая незавидная судьба грозит не только озерам, в которые сбрасываются бытовые и промышленные стоки, но и некоторым замкнутым и полузамкнутым морям.
Ущерб водоемам, в особенности рекам, наносится не только увеличением объема сбрасываемых загрязнений, но и уменьшением способности водоемов к самоочищению. Яркий пример тому-нынешнее состояние Волги, которая представляет собой скорее каскад слабопроточных водохранилищ, чем реку в исконном смысле этого слова. Ущерб очевиден: это и ускорение загрязнения, и гибель водных организмов в местах водозабора, и нарушение привычных миграционных движений, и потеря ценных сельскохозяйственных угодий, и многое другое. А компенсируется ли этот ущерб производимой на гидроэлектростанциях энергией? Следует заново рассчитать все за и против с учетом современных экологических требований существования людей. И может оказаться, что целесообразнее разобрать некоторые плотины и ликвидировать водохранилища, чем из года в год терпеть убытки.
Физическое загрязнение вод создается сбросом в них тепла или радиоактивных веществ. Тепловое загрязнение связано главным образом с тем, что используемая для охлаждения на тепловых и атомных электростанциях вода (и соответственно около 1/3 и 1/2 вырабатываемой энергии) сбрасывается в тот же водоем. Вклад в тепловое загрязнение вносят также некоторые промышленные предприятия. С начала нынешнего столетия вода в Сене потеплела более чем на 5°, а многие реки Франции перестали замерзать зимой. На Москве-реке в пределах Москвы зимой теперь редко можно увидеть льдины, а недавно в местах впадения некоторых речек (например, Сетуни) и сбросов теплоэлектроцентралей наблюдались полыньи с зимующими на них утками. На некоторых реках промышленного востока США еще в конце 60-х годов вода нагревалась летом до 38˚ и даже до 48˚.
При значительном тепловом загрязнении рыба задыхается и погибает, так как ее потребность в кислороде растет, а растворимость кислорода уменьшается. Количество кислорода в воде уменьшается еще и потому, что при тепловом загрязнении происходит бурное развитие одноклеточных водорослей: вода “зацветает” с последующим гниением отмирающей растительной массы. Кроме того, тепловое загрязнение существенно повышает ядовитость многих химических загрязнителей, в частности тяжелых металлов.
При нормальной работе ядерных реакторов в охлаждающее вещество, в качестве которого применяется главным образом вода, могут попасть нейтроны, под действием которых атомы этого вещества и примеси, прежде всего продукты коррозии, становятся радиоактивными. Кроме того, защитные циркониевые оболочки тепловыделяющих элементов могут иметь микротрещины, через которые в охлаждающую жидкость могут попадать продукты ядерных реакций. Хотя такие отходы слабоактивные, они все же могут повышать общий фон радиоактивности. При авариях отходы могут оказаться более активными. В природных водоемах радиоактивные вещества подвергаются физико-химическим превращениям - концентрации на взвешенных частицах (адсорбция, в том числе ионообменная), осаждению, осадкообразованию, переносу течениями, поглощению живыми организмами, накоплению в их тканях. В живых организмах накапливаются прежде всего радиоактивная ртуть, фосфор, кадмий, в грунте - ванадий, цезий, ниобий, цинк, в воде остаются сера, хром, йод.
Загрязнение океанов и морей происходит вследствие поступления загрязняющих веществ с речным стоком, их выпадения из атмосферы и, наконец, благодаря хозяйственной деятельности человека непосредственно на морях и океанах. По данным, относящимся к первой половине 1980-х годов, даже в таком море, как Северное, куда впадают Рейн, Эльба, собирающие стоки из обширной промышленной зоны Европы, количество свинца, приносимое реками, составляет лишь 31 процент от суммарного, тогда как на атмосферный источник приходится 58 процентов. остальное падает на промышленные и бытовые стоки из прибрежной зоны.
С речным стоком, объем которого составляет около 36-38 тысяч кубокилометров, в океаны и моря поступает огромное количество загрязнителей во взвешенном и растворенном виде. По некоторым оценкам, этим путем в океан ежегодно попадает более 320 миллионов тонн железа, до 200 тысяч тонн свинца, 110 миллионов тонн серы, до 20 тысяч тонн кадмия, от 5 до 8 тысяч тонн ртути, 6,5 миллиона тонн фосфора, сотни миллионов тонн органических загрязнителей. Особенно достается внутренним и полузамкнутым морям, у которых отношение площадей водосбора и самого моря больше, чем у всего Мирового океана (например, у Черного моря оно равно 4,4 против 0,4 у Мирового океана). По минимальным оценкам, со стоком Волги в Каспийское море поступает 367 тысяч тонн органики, 45 тысяч тонн азота, 20 тысяч тонн фосфора, 13 тысяч тонн нефтепродуктов. Отмечается высокое содержание хлорорганических пестицидов в тканях осетровых рыб и килек - главных объектов промысла. В Азовском море с 1983 по 1987 год содержание пестицидов выросло более чем в 5 раз. В Балтийском море за последние 40 лет содержание кадмия выросло на 2,4 процента, ртути - на 4, свинца - на 9 процентов.
Поступающие с речным стоком загрязнения распределяются неравномерно по акватории океана. Около 80-95 процентов взвешенного вещества и от 20 до 60 процентов растворенного вещества речного стока теряется в дельтах и эстуариях рек и не проникает в океан. Та часть загрязнений, которая все-таки прорывается через области “лавинного осаждения” в устьях рек, перемещается в основном вдоль берега, оставаясь в пределах шельфа. Поэтому роль речного стока в загрязнении открытого океана не столь велика, как это думали раньше.
Атмосферные источники загрязнения океана по некоторым видам загрязнителей сравнимы с речным стоком. Это касается, например, свинца, средняя концентрация которого в водах Северной Атлантики за сорок пять лет повысилась с 0,01 до 0,07 миллиграмма на литр и уменьшается с глубиной, прямо указывая на атмосферный источник. Ртути из атмосферы поступает почти столько же, сколько и с речным стоком. Половина пестицидов, содержащихся в океанских водах, также поступает из атмосферы. Несколько меньше, чем с речным стоком, из атмосферы в океан поступает кадмия, серы, углеводородов.
Нефтяное загрязнение. Особое место занимает загрязнение океана нефтью и нефтепродуктами. Естественное загрязнение происходит в результате просачивания нефти из нефтеносных слоев, главным образом, на шельфе. Например, в проливе Санта Барбара у побережья Калифорнии (США) таким путем поступает в среднем почти 3 тысячи тонн в год; это просачивание было обнаружено еще в 1793 году английским мореплавателем Джорджем Ванкувером. Всего в Мировой океан поступает из естественных источников от 0,2 до 2 миллионов тонн нефти в год. Если взять нижнюю оценку, которая представляется более надежной, то окажется, что искусственный источник, который оценивается в 5-10 миллионов тонн в год, превышает естественный в 25-50 раз.
Около половины искусственных источников создает деятельность людей непосредственно на морях и океанах. На втором месте находится речной сток (вместе с поверхностным стоком с прибрежной территории) и на третьем - атмосферный источник. Советские специалисты М. Нестерова, А. Симонов, И. Немировская дают следующее соотношение между этими источниками - 46:44:10.
Наибольший вклад в нефтяное загрязнение океана вносят морские перевозки нефти. Из 3 миллиардов тонн нефти, добываемых в настоящее время, морем перевозится около 2 миллиардов тонн. Даже при безаварийном транспорте происходят потери нефти при ее погрузке и разгрузке, сбрасывании в океан промывочных и балластных вод (которыми заполняют танки после выгрузки нефти), а также при сбросе так называемых льяльных вод, которые всегда скапливаются на полу машинных отделений любых судов. Хотя международные конвенции запрещают сброс загрязненных нефтью вод в особых районах океана (таковыми считаются, например, Средиземное, Черное, Балтийское, Красное моря, а также зона Персидского залива), в непосредственной близости от берега в любом районе океана, налагают ограничения на содержание нефти и нефтепродуктов в сбрасываемых водах, они все же не устраняют загрязнения; при погрузке и разгрузке разливы нефти происходят в результате ошибок персонала или из-за отказа оборудования.
Но наибольший ущерб окружающей среде и биосфере наносят внезапные разливы больших количеств нефти при авариях танкеров, хотя такие разливы и составляют только 5-6 процентов суммарного нефтяного загрязнения. Летопись этих аварий столь же длинна, как и история самих морских перевозок нефти. Считается, что первая такая авария произошла в пятницу 13 декабря 1907 года, когда семимачтовая парусная шхуна “Томас Лоусон” грузоподъемностью 1200 тонн с грузом керосина в штормовую погоду разбилась о скалы у островов Силли недалеко от юго-западной оконечности Великобритании. Причиной аварии была плохая погода, долгое время не позволявшая провести астрономическое определение местоположения судна, в результате чего оно отклонилось от курса, и жестокий шторм, сорвавший шхуну с якорей, бросил ее на скалы. В качестве курьеза отметим, что самая популярная книга писателя Томаса Лоусона, имя которого носила погибшая шхуна, называлась “Пятница, 13 число”.
В ночь на 25 марта 1989 года американский танкер “Экссон Валдиэ”, только что отошедший от нефтепроводного терминала в порту Валдиз (Аляска) с грузом 177 400 тонн сырой нефти, проходя проливом Принца Уильяма, напоролся на подводную скалу и сел на мель. Из восьми пробоин в его корпусе вылилось более 40 тысяч тонн нефти, уже через несколько часов образовавшей пятно площадью более 100 квадратных километров. В нефтяном озере барахтались тысячи птиц, всплывали тысячи рыб, гибли млекопитающие. В дальнейшем пятно, расширяясь, дрейфовало на юго-запад, загрязняя прилегающие берега. Был нанесен колоссальный ущерб флоре и фауне района, многие местные виды оказались под угрозой полного исчезновения. Через полгода нефтяная компания “Экссон”, истратив 1400 миллионов долларов, прекратила работы по ликвидации последствий катастрофы, хотя до полного восстановления экологического здоровья района было еще очень далеко. Причиной аварии была безответственность капитана судна, который, находясь в нетрезвом состоянии, доверил управление танкером не имеющему на то право человеку. Неопытный третий помощник, испугавшись появившихся вблизи льдин, ошибочно изменил курс, в результате чего и произошла катастрофа.
В промежутке между этими двумя событиями погибло не менее тысячи нефтеналивных судов, и еще много больше было аварий, в которых удавалось сохранить судно. Количество аварий увеличивалось, и их последствия становились все более серьезными по мере увеличения объема морских перевозок нефти. В 1969 и 1970 годах, например, было по 700 аварий разного масштаба, в результате которых в море оказывалось более чем по 200 тысяч тонн нефти. Причины аварий самые различные: это и навигационные ошибки, и плохая погода, и технические неполадки, и безответственность персонала. Стремление удешевить перевозки нефти привело к тому, что появились супертанкеры водоизмещением более 200 тысяч тонн. В 1966 году было построено первое такое судно - японский танкер “Идемицу-мару” (206 тысяч тонн), затем появились танкеры еще большего водоизмещения: “Юни-верс-Айрлэнд” (326 тысяч тонн-дедвейт): “Ниссэки-мару” (372 тысячи тонн); “Глобтик Токио” и “Глобтик Лондон” (по 478 тысяч тонн); “Батиллус” (540 тысяч тонн): “Пьер Гийом” (550 тысяч тонн) и др. В расчете на тонну грузовместимости это действительно уменьшало расходы на постройку и эксплуатацию судна, так что стало выгоднее перевозить нефть из Персидского залива в Европу, огибая южную оконечность Африки, нежели обычными танкерами по кратчайшему пути - через Суэцкий канал (ранее такой маршрут из-за израильско-арабской войны был вынужденным). Однако в результате появилась еще одна причина нефтяных разливов: супертанкеры стали довольно часто разламываться на очень крупных океанских волнах, которые могут иметь длину, соизмеримую с длиной танкеров.
Корпус супертанкеров может не выдержать, если его средняя часть окажется на гребне такой волны, а нос и корма зависнут над подошвами. Такие аварии отмечались не только в области знаменитых “кей-проллеров” у Южной Африки, где волны, разгоняемые западными ветрами “ревущих сороковых”, выходят на встречное течение Игольного мыса, но и в других районах океана.
Катастрофой века на сегодняшний день остается авария, произошедшая с супертанкером “Амоко Кадис”, который в районе острова Уэссан (Бретань, Франция) потерял управление из-за неисправностей рулевого механизма (и время, ушедшее на торг со спасательным судном) и сел на скалы у этого острова. Это случилось 16 марта 1978 года. Из танков “Амоко Кадис” в море вылились все 223 тысячи тонн сырой нефти. Это создало тяжелую экологическую катастрофу в обширном районе моря, прилегающем к Бретани, и на большом протяжении его берега. Уже за первые две недели после катастрофы излившаяся нефть распространилась по огромной акватории, загрязненным оказалось побережье Франции на протяжении 300 километров. В пределах нескольких километров от места аварии (а оно произошло в 1,5 мили от берега) погибло все живое: птицы, рыбы, ракообразные, моллюски, другие организмы. По свидетельству ученых, никогда не приходилось видеть биологического ущерба на такой огромной площади ни в одном из предыдущих нефтяных загрязнений. По прошествии месяца после разлива 67 тысяч тонн нефти испарилось, 62 тысячи достигли берега, 30 тысяч тонн распределились в водной толще (из них 10 тысяч тонн разложились под воздействием микроорганизмов), 18 тысяч тонн были поглощены отложениями на мелководье и 46 тысяч тонн были собраны с берега и с поверхности воды механическим путем.
Основные физико-химические и биологические процессы, посредством которых происходит самоочищение океанских вод, - это растворение, биологическое разложение, эмульгирование, испарение, фотохимическое окисление, агломерация и осаждение. Но даже через три года после аварии танкера “Амоко Кадис” в донных осадках прибрежной зоны сохранялись нефтяные остатки. Через 5-7 лет после катастрофы содержание ароматических углеводородов в донных отложениях оставалось выше нормы в 100-200 раз. По мнению ученых, для восстановления полного экологического равновесия природной среды должны пройти многие годы.
Аварийные разливы происходят при добыче нефти на морском шельфе, в настоящее время составляющей около трети всей мировой добычи. В среднем такие аварии вносят сравнительно небольшой вклад в нефтяное загрязнение океана, но отдельные аварии имеют катастрофический характер. К ним можно отнести, например, аварию на буровой установке “Иксток-1” в Мексиканском заливе в июне 1979 года. Вырвавшийся из-под контроля нефтяной фонтан извергался более полугода. За это время в море оказалось почти 500 тысяч тонн нефти (по другим данным, почти миллион тонн). Время самоочищения и ущерб биосфере при разливах нефти тесно связаны с климатическими и погодными условиями, с господствующей циркуляцией вод. Несмотря на огромное количество излившейся во время аварии на платформе “Иксток-1” нефти, которая протянулась широкой полосой на тысячу километров от мексиканского берега до Техаса (США), лишь незначительная ее доля достигла прибрежной зоны. Кроме того, преобладание штормовой погоды способствовало быстрому разбавлению нефти. Поэтому этот разлив не имел столь заметных последствий, как катастрофа “Амоко Кадис”. С другой стороны, если для восстановления экологического равновесия в зоне “ката строфы века” потребовалось не менее 10 лет, то> по прогнозам ученых, на самоочищение загрязненных вод во время аварии “Экс-сон Валдиз” в заливе Принца Уильяма (Аляска) уйдет от 5 до 15 лет, хотя количество разлившейся нефти там в 5 раз меньше. Дело в том, что низкие температуры воды замедляют испарение нефти с поверхности и существенно снижают активность нефтеокисляющих бактерий, которые в конечном счете уничтожают загрязнение нефтью. К тому же сильно изрезанные скалистые берега залива Принца Уильяма и островов, в нем расположенных, образуют многочисленные “карманы” нефти, которые будут служить долговременными источниками загрязнения, да и нефть там содержит большой процент тяжелой фракции, которая гораздо медленнее разлагается, чем легкая нефть.
Благодаря действию ветра и течений нефтяное загрязнение затронуло, по существу, весь Мировой океан. При этом степень загрязненности океана из года в год растет.
В открытом океане нефть встречается глазным образом в виде тонкой пленки (с минимальной толщиной до 0,15 микрометра) и смоляных комков, которые образуются из тяжелых фракций нефти. Если смоляные комки воздействуют прежде всего на растительные и животные морские организмы, то нефтяная пленка, кроме того, влияет на многие физические и химические процессы, происходящие на поверхности раздела океан - атмосфера и в слоях, прилегающих к нему. При росте загрязненности океана такое влияние может приобрести глобальный характер.
Прежде всего нефтяная пленка увеличивает долю отражаемой от поверхности океана солнечной энергии и уменьшает долю поглощаемой энергии. Тем самым нефтяная пленка оказывает влияние на процессы теплонакопления в океане. Несмотря на уменьшение количества поступающего тепла, поверхностная температура при наличии нефтяной пленки повышается тем больше, чем толще нефтяная пленка. Океан является главным поставщиком атмосферной влаги, от которого в значительной мере зависит степень увлажнения материков. Нефтяная пленка затрудняет испарения влаги, а при достаточно большой толщине (порядка 400 микрометров) может свести его практически к нулю. Сглаживая ветровое волнение и препятствуя образованию водяных брызг, которые, испаряясь, оставляют в атмосфере мельчайшие частички соли, нефтяная пленка изменяет солеобмен между океаном и атмосферой. Это также может повлиять на количество атмосферных осадков над океаном и материками, так как частички соли составляют значительную часть ядер конденсации, необходимых для образования дождя.
Опасные отходы. По данным Международной комиссии по окружающей среде и развитию ООН, количество опасных отходов, ежегодно создаваемых в мире, составляет более 300 миллионов тонн, причем 90 процентов из них приходится на промышленно развитые страны. Было время, и не столь уж далекое, когда опасные отходы с химических и других предприятий попадали на обычные городские свалки, сбрасывались в водоемы, захоронялись в земле без принятия каких-либо мер предосторожности. Однако вскоре то в одной, то в другой стране стали все чаще проявляться порой весьма трагические последствия легкомысленного обращения с опасными отходами. Широкое экологическое движение общественности в промышленно развитых странах вынудило правительства этих стран существенно ужесточить законодательство по захоронению опасных отходов.
В последние годы проблемы опасных отходов стали принимать поистине глобальный характер. Опасные отходы стали чаще пересекать государственные границы, иногда без ведома правительства или общественности страны-получателя опасного груза. Особенно страдают от такого вида торговли слаборазвитые страны. Некоторые получившие огласку вопиющие случаи буквально потрясли мировую общественность. 2 июня 1988 года в районе небольшого пор га Коко (Нигерия) было обнаружено около 4 тысяч тонн ядовитых отходов иностранного происхождения. Груз был ввезен из Италии пятью партиями с августа 1987 года по май 1988 года по поддельным документам. Правительство Нигерии арестовало виновных, а заодно подвернувшееся итальянское торговое судно “Пьяве”, с тем чтобы отправить опасные отходы обратно в Италию. Нигерия отозвала своего посла из Италии и пригрозила передать дело в международный суд в Гааге. Обследование свалки показало, что в металлических бочках содержатся летучие растворители, и имеется риск пожара или взрыва с выделением исключительно ядовитого дыма. Около 4000 бочек были старые, ржавые, многие раздулись от жары, а в трех из них было обнаружено высокорадиоактивное вещество. При погрузке отходов для отправки в Италию на судно “Карин Б”, ставшее печально знаменитым, пострадали грузчики и члены экипажа. Некото рые из них получили сильные химические ожоги, другие страдали рвотой с кровью, один человек был частично парализован. К середине августа свалка была очищена от заграничного “подарка”.
В марте того же года в каменоломне на острове Касса напротив Конакри, столицы Гвинеи, было захоронено 15 000 тонн “сырого материала для кирпича” (так гласили документы). По тому же контракту вскоре должны были доставить еще 70 тысяч тонн такого же груза. Через 3 месяца газеты сообщили, что растительность на острове сохнет и погибает. Оказалось, что доставленный норвежской компанией груз представляет собой богатую ядовитыми тяжелыми металлами золу из печей по сжиганию бытового мусора из Филадельфии (США). Норвежский консул, который оказался директором норвежско-гвинейской компании - прямой виновницы случившегося, был арестован. Отходы были вывезены.
Даже полный список известных на сегодня случаев не будет исчерпывающим, так как, безусловно) не все случаи получают огласку. 22 марта 1989 года в Базеле (Швейцария) представители 105 государств подписали договор о контроле за экспортом ядовитых отходов, который вступит в силу после ратификации по крайней мере 20 странами. Гвоздем этого договора считается непременное условие: правительство принимающей страны должно заранее дать письменное разрешение на прием отходов. Договор, таким образом, исключает мошеннические сделки, но узаконивает сделки между правительствами. Экологическое движение “зеленых” осудило этот договор и требует полного запрещения экспорта опасных отходов. О действенности мероприятий, предпринимаемых “зелеными”, свидетельствует судьба некоторых кораблей, неосмотрительно принявших на свой борт опасный груз. Не сразу смогли выгрузиться уже упомянутое “Карин Б” и “Дип Си Кэрриер”, вывозившие опасный груз из Нигерии, долго скиталось по морям судно, вышедшее в августе 1986 года из Филадельфии с 10 тысячами тонн отходов, груз которого не приняли ни на Багамских островах, ни в Гондурасе, Гаити, Доминиканской Республике, Гвинее-Бисау. Более года путешествовал опасный груз с цианидом, пестицидами, диоксином и другими ядами, прежде чем он вернулся на борту сирийского судна “Занообия” в порт отправления Марина де Кар-рара (Италия).
Проблема опасных отходов должна решаться, безусловно, на пути создания безотходных технологий и разложения отходов на безвредные соединения, например с помощью высокотемпературного сжигания.
Радиоактивные отходы. Особое значение имеет проблема радиоактивных отходов. Их отличительная особенность - невозможность их уничтожения, необходимость на длительное время изолировать их от окружающей среды. Как говорилось выше, основная масса радиоактивных отходов образуется на заводах атомной промышленности. Эти отходы, в основном твердые и жидкие, представляют собой высокорадиоактивные смеси продуктов деления урана и трансурановых элементов (кроме плутония, который выделяется из отходов и используется в военной промышленности и для других целей). Радиоактивность смеси составляет в среднем 1,2-10 5 Кюри на килограмм, что приблизительно соответствует активности стронция-90 и цезия-137. В настоящее время в мире действуют около 400 ядерных реакторов АЭС мощностью порядка 275 гигаватт, Грубо можно считать, что на 1 гигаватт мощности ежегодно приходится порядка тонны радиоактивных отходов средней активностью 1,2-10 5 Кюри. Таким образом, по массе количество отходов сравнительно невелико, однако их суммарная активность быстро растет. Так, в 1970 году она составляла 5,55-10 20 Беккерелей, в 1980 году она учетверилась, а в 2000 году по прогнозу еще упятерится. Проблема захоронения таких отходов до сих пор не решена.
Загрязнение воды
Наиболее известным источником загрязнения воды, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. Почти вся использованная вода поступает в канализацию. Поскольку ежедневно в сточные воды попадает огромный объем фекалий, главной задачей городских служб при переработке бытовых стоков в коллекторах очистных установок является удаление патогенных микроорганизмов. При повторном использовании недостаточно очищенных фекальных стоков содержащиеся в них бактерии и вирусы могут вызвать кишечные заболевания (тиф, холеру и дизентерию), а также гепатит и полиомиелит.
В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступает бумажный мусор, включая туалетную бумагу и детские подгузники, отходы растительной и животной пищи. С улиц в канализацию стекает дождевая и талая вода, часто, с песком или солью, используемыми для ускорения таяния снега и льда на проезжей части улиц и тротуарах.
В индустриально развитых странах главным потребителем воды и самым крупным источником стоков является промышленность. Промышленные стоки в реки по объему в 3 раза превышают коммунально-бытовые.
С промышленными стоками сбрасывается громадное количество разнообразных органических и неорганических веществ. Более половины стоков, поступающих в водоемы, дают четыре основные отрасли промышленности: целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая, промышленность органического синтеза и черная металлургия (доменное и сталелитейное производства). Из-за растущего объема промышленных отходов нарушается экологическое равновесие многих озер и рек, хотя большая часть стоков нетоксична и несмертельна для человека.
Тепловое загрязнение.
Наиболее масштабное однократное употребление воды – производство электроэнергии, где она используется главным образом для охлаждения и конденсации пара, вырабатываемого турбинами тепловых электростанций. При этом вода нагревается в среднем на 7° С, после чего сбрасывается непосредственно в реки и озера, являясь основным источником дополнительного тепла, который называют «тепловым загрязнением».Сельское хозяйство.
Вторым основным потребителем воды является сельское хозяйство, использующее ее для орошения полей. Стекающая с них вода насыщена растворами солей и почвенными частицами, а также остатками химических веществ, способствующих повышению урожайности. К ним относятся инсектициды; фунгициды, которые распыляют над фруктовыми садами и посевами; гербициды, знаменитое средство борьбы с сорняками; и прочие пестициды, а также органические и неорганические удобрения, содержащие азот, фосфор, калий и иные химические элементы.Кроме химических соединений, в реки попадает большой объем фекалий и других органических остатков с ферм, где выращиваются мясо-молочный крупный рогатый скот, свиньи или домашняя птица. Много органических отходов также поступает в процессе переработки продукции сельского хозяйства (при разделке мясных туш, обработке кож, производстве пищевых продуктов и консервов и т.д.).
Влияние загрязнения.
Чистая вода прозрачна, бесцветна, не имеет запаха и вкуса, населена множеством рыб, растений и животных. Загрязненные воды мутные, с неприятным запахом, не пригодны для питья, часто содержат огромное количество бактерий и водорослей. Система самоочистки воды (аэрация проточной водой и осаждение на дно взвешенных частиц) не срабатывает из-за переизбытка в ней антропогенных загрязнителей.Уменьшение содержания кислорода. Органические вещества, содержащиеся в сточных водах, разлагаются ферментами аэробных бактерий, которые поглощают растворенный в воде кислород и выделяют углекислый газ по мере усвоения органических остатков. Общеизвестными конечными продуктами распада являются углекислый газ и вода.
В водах, содержащих фекальные массы, растительные или животные остатки, поступающие с предприятий пищевой промышленности, бумажные волокна и остатки целлюлозы от предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, процессы разложения протекают практически одинаково.
В мелких водотоках с быстрым течением, где вода интенсивно перемешивается, поступающий из атмосферы кислород компенсирует истощение его запасов, растворенных в воде. Одновременно углекислый газ, образующийся при разложении содержащихся в сточных водах веществ, улетучивается в атмосферу. Таким образом сокращается срок неблагоприятного воздействия процессов разложения органики. И наоборот, в водоемах со слабым течением, где воды перемешиваются медленно и изолированы от атмосферы, неизбежное уменьшение содержания кислорода и рост концентрации углекислого газа влекут за собой серьезные изменения. Когда содержание кислорода уменьшается до определенного уровня, происходит замор рыбы и начинают погибать другие живые организмы, что, в свою очередь, приводит к увеличению объема разлагающейся органики.
Большая часть рыб гибнет из-за отравления промышленными и сельскохозяйственными стоками, но многие – и от недостатка в воде кислорода. Рыбы, как и все живые существа, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Если кислорода в воде мало, но высока концентрация углекислого газа, интенсивность их дыхания снижается (известно, что вода при высоком содержании угольной кислоты, т.е. растворенного в ней углекислого газа, становится кислой).
Способность к биологическому разложению.
Искусственные материалы, которые разлагаются биологическим путем, увеличивают нагрузку на бактерии, что, в свою очередь, влечет рост потребления растворенного кислорода. Эти материалы специально создаются таким образом, чтобы они могли легко перерабатываться бактериями, т.е. разлагаться.Образование газов.
Аммиак является основным продуктом микробиологического разложения белков и выделений животных. Аммиак и его газообразные производные амины образуются как при наличии, так и при отсутствии растворенного в воде кислорода. В первом случае аммиак окисляется бактериями с образованием нитратов и нитритов. В отсутствие кислорода аммиак не окисляется, и его содержание в воде остается стабильным. При снижении содержания кислорода образовавшиеся нитриты и нитраты превращаются в газообразный азот. Происходит это довольно часто, когда воды, стекающие с удобренных полей и уже содержащие нитраты, попадают в стоячие водоемы, где накапливаются также и органические остатки В зависимости от вида бактерий образуются углекислый газ (СО2), водород (Н2) и метан (СН4) – горючий газ без цвета и запаха, который называют также болотным газом.Эвтрофикация, или эвтрофирование
, – процесс обогащения водоемов питательными веществами, особенно азотом и фосфором, главным образом биогенного происхождения. В результате происходит постепенное зарастание озера и превращение его в болото, заполненное илом и разлагающимися растительными остатками, которое в конце концов полностью высыхает. В естественных условиях этот процесс занимает десятки тысяч лет, однако в результате антропогенного загрязнения протекает очень быстро. Так, например, в маленьких прудах и озерах под влиянием человека он завершается всего за нескольких десятилетий.Эвтрофикация усиливается, когда рост растений в водоеме стимулируется азотом и фосфором, содержащимися в насыщенных удобрениями стоках с сельскохозяйственных угодий, в чистящих и моющих средствах и других отходах. Воды озера, принимающего эти стоки, представляют собой плодородную среду, в которой происходит бурный рост водных растений, захватывающих пространство, в котором обычно обитают рыбы. Водоросли и другие растения, отмирая, падают на дно и разлагаются аэробными бактериями, потребляющими для этого кислород, что приводит к замору рыбы. Озеро заполняется плавающими и прикрепленными водорослями и другими водными растениями, а также питающимися ими мелкими животными. Синезеленые водоросли, или цианобактерии, делают воду похожей на гороховый суп с дурным запахом и рыбным вкусом, а также покрывают камни слизистой пленкой.
Мощные электростанции заметно нагревают воды в реках и бухтах, на которых они расположены. Летом, когда потребность в электрической энергии для кондиционирования воздуха очень велика и ее выработка возрастает, эти воды часто перегреваются. Понятие
«тепловое загрязнение» относится именно к таким случаям, так как избыточное тепло уменьшает растворимость кислорода в воде, ускоряет темпы химических реакций и, следовательно, влияет на жизнь животных и растений в водоприемных бассейнах.Существуют яркие примеры того, как в результате повышения температуры воды погибали рыбы, возникали препятствия на пути их миграций, быстрыми темпами размножались водоросли и другие низшие сорные растения, происходили несвоевременные сезонные изменения водной среды. Однако в некоторых случаях увеличивались уловы рыбы, продлевался вегетационный период и прослеживались иные благоприятные последствия.Химикаты , растворенные в дождевой воде и поглощенные частицами почвы, в результате их вымывания попадают в грунтовые воды, а затем – в реки, дренирующие сельскохозяйственные угодья, где начинают накапливаться в рыбах и более мелких водных организмах. Хотя некоторые живые организмы и приспособились к этим вредным веществам, бывали случаи массовой гибели отдельных видов, вероятно, из-за отравления сельскохозяйственными ядохимикатами. Например, чайки погибали после употребления в пищу больших количеств рыбы, а некоторые другие виды птиц, питающиеся рыбой, в том числе белоголовый орлан и пеликан, оказались под угрозой вымирания вследствие снижения воспроизводства. Из-за попавших в их организм пестицидов яичная скорлупа становится настолько тонкой и хрупкой, что яйца бьются, а зародыши птенцов погибают.
Известно, что радиация разрушает ткани растений и животных, приводит к генетическим мутациям, бесплодию, а при достаточно высоких дозах – к гибели. Механизм воздействия радиации на живые организмы до сих пор окончательно не выяснен, отсутствуют и эффективные способы смягчения или предотвращения негативных последствий. Но известно, что радиация накапливается, т.е. повторяющееся облучение малыми дозами может в конечном счете действовать так же, как и однократное сильное облучение.
Влияние токсичных металлов.
Ртуть, содержащаяся в промышленных стоках, осаждается в донных илистых отложениях в реках и озерах. Обитающие в илах анаэробные бактерии перерабатывают ее в ядовитые формы, которые могут приводить к серьезным поражениям нервной системы и мозга животных и человека, а также вызывать генетические мутации. Несмотря на то что рыбы не погибают, человек, съевший такую зараженную рыбу, может отравиться и даже умереть.Другим хорошо известным ядом, поступающим в растворенном виде в водотоки, является мышьяк. Он был обнаружен в малых измеримых количествах в моющих средствах, содержащих водорастворимые ферменты и фосфаты, и красителях, предназначенных для окрашивания косметических салфеток и туалетной бумаги. С промышленными стоками в акватории попадают также свинец (используемый в производстве металлических изделий, аккумуляторных батарей, красок, стекла, бензина и инсектицидов) и кадмий (используемый главным образом в производстве аккумуляторных батарей).
Другие неорганические загрязнители
.Образуется ржавчина на поверхности железа и его соединений. Растворимые формы этих металлов существуют в разных типах сточных вод: они были обнаружены в водах, просочившихся из шахт и со свалок металлолома, а также из естественных болот. Соли этих металлов, окисляющиеся в воде, становятся менее растворимыми и образуют твердые окрашенные осадки, выпадающие из растворов. Поэтому вода приобретает цвет и становится мутной. Так, стоки железорудных шахт и свалок металлолома окрашены в рыжий или оранжево-коричневый цвет из-за присутствия оксидов железа (ржавчины).Неорганические загрязнители, как хлорид и сульфат натрия, хлорид кальция не могут быть переработаны биологическим или химическим путем. Хотя сами эти вещества не трансформируются, они оказывают влияние на качество вод, в которые сбрасываются стоки. Во многих случаях нежелательно использовать «жесткую» воду с высоким содержанием солей, так как они образуют осадок на стенках труб и котлов.
Неорганические вещества- цинк и медь, поглощаются илистыми донными осадками водотоков, принимающих сточные воды, а затем вместе с этими тонкими частицами транспортируются течением. Их токсическое действие сильнее в кислой среде, чем в нейтральной или щелочной. В кислых сточных водах угольных шахт цинк, медь и алюминий достигают концентраций, смертельных для водных организмов. Некоторые загрязнители, будучи в отдельности не особенно токсичными, при взаимодействии превращаются в ядовитые соединения (например, медь в присутствии кадмия).
Контроль и очистка.
Практикуются три основных метода очистки сточных вод. Первый существует давно и наиболее экономичен: сброс сточных вод в крупные водотоки, где они разбавляются пресной проточной водой, аэрируются и нейтрализуются естественным образом. Очевидно, что этот метод не отвечает современным условиям. Второй метод во многом базируется на тех же естественных процессах, что и первый, и заключается в удалении и снижении содержания твердых и органических веществ механическим, биологическим и химическим способами. Его в основном используют на коммунальных очистных станциях, которые редко располагают оборудованием для переработки промышленных и сельскохозяйственных стоков. Широко известен и достаточно распространен третий метод, состоящий в сокращении объема сточных вод путем изменения технологических процессов; например, в результате вторичной переработки материалов или использования естественных методов борьбы с вредителями вместо пестицидов и т.д.Очистка сточных вод. Хотя сейчас многие промышленные предприятия пытаются очистить свои стоки или сделать производственный цикл замкнутым, а производство пестицидов и других токсичных веществ запрещено, самым радикальным и быстрым решением проблемы загрязнения воды будет строительство дополнительных и более современных очистных сооружений.
В мире существует лишь несколько предприятий, которые могут проводить полную очистку сточных вод.
Загрязнение пресных вод стало столь значительным, что вызывает тревогу во многих странах. Причины загрязнения рек и озер -- интенсивное развитие промышленного производства и рост населения, в результате чего значительно увеличился объем промышленных и бытовых сточных вод. Например, в реке Москве концентрации взвешенных веществ, нефтепродуктов, сульфатов, фенолов, азота аммонийного, солей тяжелых металлов превышают ПДК от 2 до 20 раз.
Очень опасны нефтяные продукты. Они попадают в реки со стоками нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих, автомобильных и железнодорожных предприятий, с транспортных и нефтеналивных судов. На водной поверхности такие вещества образуют пленку, препятствующую проникновению кислорода в воду. Кислородное голодание приводит к гибели разных видов рыб. По этой причине уловы во многих внутренних водоемах сильно снижаются. Нефтяное загрязнение неблагоприятно отражается и на других обитателях рек и озер.
На фауну водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного "количества кислорода, что вызывает гибель икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства.
На состоянии рыб и их корма -- беспозвоночных неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры в воду выделяются различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, что обусловливает гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.
Атомные электростанции загрязняют реки радиоактивными отходами. Радиоактивные вещества концентрируются в мельчайших планктонных организмах и рыбе, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут. Концентрация радиоактивного фосфора в организме пресноводных рыб в 20--30 тыс. раз, а водоплавающих птиц в 50 раз выше, чем в водоеме.
Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 Ки на Гл и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны или специальные резервуары.
В связи с ростом населения, расширением старых и возникновением новых городов значительно увеличилось поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником заражения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту, а также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступившие со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физико-химический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества. Неумеренно и неумело применяемые в сельском хозяйстве пестициды при попадании в реки и каналы также ухудшают качество воды в них.
Различают минеральное и органическое загрязнение сточных вод. В первом случае сточные воды содержат соли, кислоты, щелочи, глину, песок и другие минеральные вещества. В промышленных стоках их более 40 %. Нередко выбрасывают ценное сырье (поваренная соль, глицерин, уксусная кислота, хлориды, удобрения и др.), которое также становится загрязнителем пресных вод.
Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, становятся причиной органического загрязнения водоемов.
В сточных водах обычно около 60 % веществ органического происхождения. К этой же категории относится биологическое загрязнение (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) коммунально-бытовых, медико-санитарных вод и отходов кожевенных и шерстомойных предприятий.
Реки в значительной степени загрязнены в результате сброса недостаточно очищенных сельскохозяйственных, ливневых и коммунально-бытовых сточных вод. Ухудшилось и качественное содержание стоков, особенно вследствие увеличения доли сбросов химических производств. Наиболее токсичные стоки направляют в пруды-накопители. Однако часть их с отдельных предприятии, где не имеется очистных сооружений, попадает в реки. Даже в высокоразвитых странах очистка воды оставляет желать лучшего. Так, в Германии очищают только 64 % бытовых стоков, в Швеции 10 % стоков остаются неочищенными, а 15 % подвергаются лишь механической очистке.
Раньше, когда объем сточных вод был незначителен, на большинстве предприятий очистные сооружения не строили, а ограничивались разбавлением этих стоков речной водой. Следует иметь в виду, что для разбавления 1 м 3 сточных вод необходимо 20--30 м 3 природной чистой воды. В современных условиях огромный объем сточных вод не может быть разбавлен в достаточной степени. Применяемые методы очистки позволяют снизить уровень загрязнения лишь на 80 %, а в более совершенных сооружениях -- до 95 %. В то же время стоимость очистных сооружений часто достигает 10--20 % стоимости строительства предприятий. Лишь переход на замкнутый цикл водоснабжения служит радикальным средством решения данной проблемы.
В сильной степени загрязняют водоемы предприятия, размещенные в сельской местности. Здесь необходимы меры по очистке сточных вод сыроваренных, маслодельных, пивоваренных, кожевенных, винных, консервных заводов, молокозаводов, мясокомбинатов, рыбозаводов, льнозаводов, депо, различных мастерских, гаражей, машинных дворов, складов топлива и смазочных материалов, удобрений и пестицидов, городских и поселковых канализаций, включая бани и прачечные.
Нельзя размещать у рек и водоемов молочно-товарные и свиноводческие комплексы, которые сильно загрязняют отходами водные источники. Скот при пастьбе уничтожает кустарники и дерновый покров, снижающие интенсивность береговой эрозии (абразии). На животноводческих комплексах необходимо своевременно утилизировать навоз, создавать валы для перехвата загрязненного стока, устанавливать места для водопоя и соблюдать другие правила эксплуатации. Навозонакопители должны иметь изолированные секции для выдерживания навоза и обезвреживания его от патогенных микроорганизмов. Их закладывают с учетом гидрогеологических условий, чтобы исключить фильтрацию навозной жижи и загрязнение ею грунтовых вод.
В последнее время появился термин «ирригационное загрязнение». Особенно оно характерно для условий Средней Азии, в первую очередь для Каракалпакии и Туркменистана. Здесь во многих случаях залегание грунтовых вод оказалось на уровне заложения канализации и отхожих мест. Не случайно, что в этих регионах отмечаются самое высокое количество желудочно-кишечных инфекций и наиболее высокий уровень детской смертности в СНГ.
Особенно сильно загрязнены реки Волга, Урал, Днепр. В Волгу ежегодно сбрасывается более 7 млрд. м 3 загрязняющих вод, в том числе без очистки свыше 1 млрд. м 3 . Только в районе Волгограда в реку поступает свыше 230 млн. м 3 таких вод.
Развивая промышленность и орошаемое земледелие, не учитывали, что водные ресурсы рек составляют небольшую частъ водных запасов страны. Вследствие этого такие реки, как, например, Волга, оказались сильно загрязненными. Кроме того, связанное со строительством ГЭС сооружение плотин и водохранилищ изменило гидрологический режим реки. Если раньше вода от Рыбинска до Волгограда доходила за 50 сут., то теперь -- за 450--500 сут. Большинство притоков Волги как капилляры, питающие ее, загрязнены и забиты землей. Самоочищение этой могучей реки снизилось в десятки раз. Если прежде твердые осадки, поступающие с поверхностным стоком с территории бассейна, удобряли пойменные и заливные земли, то сейчас они откладываются на дне водохранилища. Рыба стала поражаться гельминтами. Это тоже следствие каскадности водохранилищ, малой проточности Волги. Повысился базисный уровень засоленных почв, они не промываются, падает их плодородие. В результате абразии потеряно 70 тыс. га земель. В связи с этим важной проблемой становится восстановление гидрологического режима рек. Она уже решена в отношении нижнего течения Волги. Теперь из Волгоградского водохранилища весной через плотину сбрасывается 130 м 3 воды, благодаря чему рыба может отнереститься. И хотя в данном случае теряется 1000 МВт электроэнергии, эти убытки оправданны, ибо только таким путем можно сохранить рыбное стадо. Проблемы экологии оказываются наиболее важными.
Более 40 % посевной площади обрабатывают пестицидами. С богарных земель в водоемы попадает около 1 %, а с орошаемых -- около 4 % этих веществ. При авиационной обработке в результате сноса в водоемы поступает до 30 % применяемых пестицидов. Мигрируя в воде, они переносятся на большие расстояния, а их биологический распад вследствие стабильности происходит медленно. Весьма угрожающие размеры приобрел процесс эвтрофикации водоемов, когда усиливается развитие фитопланктона, особенно сине-зеленых водорослей, -- происходит цветение воды. Эвтрофикация в водохранилищах связана с выщелачиванием биогенных элементов из затопленной почвы и гниения растительности на их дне. Но особенно этот процесс усилился в связи со сбросом коммунально-бытовых и промышленных сточных вод, выносом с полей минеральных удобрений и пестицидов и нарушением гидрологического режима рек. Отрицательную роль играет также тот факт, что на животноводческих комплексах ежегодно образуется до 1 млн. т навоза, а в почву вносят только около 600 тыс. т его. Значительное количество органических удобрений может попасть в водоемы и вызвать эвтрофикацию.
Загрязняют водоемы суда, сбрасывающие отработавшие масла и бытовые отходы.
Возрастает бактериальное и химическое загрязнение подземных вод. бактериальное загрязнение характерно для грунтовых вод, однако вполне возможно попадание микроорганизмов и в артезианские воды. Особенно опасно загрязнение подземных вод химическими веществами, которые остаются в них длительное время.
Большое внимание уделяется озеру Байкал, в котором сосредоточено 20 % запасов пресной воды мира. Запрещен молевой сплав леса по рекам, впадающим в озеро. Проводят работы по очистке рек от затонувшей древесины. Временно запрещен лов знаменитого омуля.
В этом уникальном регионе создалась неблагополучная экологическая ситуация. Разработаны меры по сохранению природного комплекса бассейна озера Байкал. Некоторые из них приведены ниже.
Строительство, реконструкция и расширение сооружений для очистки сточных вод и газовых выбросов.
Упорядочение в соответствии с требованиями экологии судоходства и перевозок грузов по озеру.
Создание эффективных установок по очистке дымовых газов от соединений серы и оснащение ими Гусиноозерской ГРЭС и Улан-Удэнской ТЭЦ, других предприятий.
Осуществление мероприятий, обеспечивающих строгое соблюдение норм предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Байкальским целлюлозно-бумажным и Селенгинским целлюлозно-картонным комбинатами.
Перепрофилирование Байкальского целлюлозно-бумажного комбината на экологически безопасное производство.
Реализация и эффективное использование навоза сельскохозяйственных животных и сточных вод объектов сельского хозяйства.
Осуществление мер, направленных на повышение водоохранных и почвозащитных свойств лесов бассейна озера.
Усовершенствование системы мониторинга состояния природной среды региона.
Создание Международного центра по проблемам охраны природы.
Загрязнение рек происходит уже более двух тысяч лет. И если ранее эту проблему люди не замечали, то сегодня она достигла глобального масштаба. Сложно сказать, остались ли на планете реки с более-менее чистой водой, пригодной для использования без предварительного очищения.
Источники загрязнения рек
Основная причина загрязнения рек – это активный рост и развитие социально-экономической жизни на берегах водоемов. Впервые было установлено в 1954 году, что причиной заболеваний людей стала загрязненная вода. Тогда был найден источник плохой воды, что стало причиной эпидемии холеры в Лондоне. В целом источников загрязнения существует большое количество. Остановимся на наиболее существенных из них:
- сточные бытовые воды населенных городов;
- агохимия и пестициды;
- порошки и чистящие средства;
- бытовые отходы и мусор;
- промышленные сточные воды;
- химические соединения;
- утечка нефтепродуктов.
Последствия загрязнения рек
Все вышеуказанные источники существенно меняют химический состав воды, уменьшают количество кислорода. В зависимости от различных загрязнений, в реках увеличивается количество водорослей, которые в свою очередь вытесняют животных и рыбу. Это становится причиной изменения местопребывания популяций рыб и других речных обитателей, но многие виды просто умирают.
Грязная вода рек плохо очищается, прежде чем попадать в водопроводы. Ее используют в качестве питьевой. В результате увеличиваются случаи заболевания людей, потому что они пили неочищенную воду. Регулярное употребление загрязненной воды способствует появлению некоторых инфекционных и хронических заболеваний. Иногда некоторые люди могут и не знать, что причина проблем со здоровьем – это грязная вода.
Очищение воды в реках
Если проблему загрязнения рек так и оставить, то многие водоемы могут перестать самоочищаться и существовать. Очистительные мероприятия должны проводится на государственному уровне многих стран, устанавливая различные очистительные системы, проводя специальные мероприятия по очистке воды. Однако свою жизнь и здоровье можно обезопасить тем, чтобы пить только чистую воду. Для этого многие люди используют очистительные фильтры. Основное, что может сделать каждый из нас – это не бросать мусор в реки и помочь сбережению экосистем водоемов, меньше использовать чистящие средства и стиральные порошки. Следует помнить, что очаги жизни зародились в бассейнах рек, поэтому нужно всячески способствовать процветанию этой жизни.