Навігація
Посилання


Основи екології та охорони довкілля

3.1. Основні проблеми забруднення гідросфери


Антропогенні перетворення континентальних вод досягли глобальних масштабів, що стало причиною порушення природних режимів великих озер і річок. Цьому сприяло будівництво гідротехнічних споруд таких як водосховища, зрошувальні канали, тощо, збільшення площ випаровування за рахунок зрошення, забруднення континентальних вод.

Темпи використання водних ресурсів у світі зростають значно швидше, ніж будівництво очисних споруд, тому особливо гостро постала проблема забруднення природних водойм.

Під забрудненням природних вод розуміють зміну їх фізичних, хімічних, біологічних та інших параметрів, що є причиною шкідливої дії на людину або природу, а також обмеження можливості використання води. Причинами забруднення природних водойм є ряд факторів як природного, так і антропогенного характеру.

За ДСТУ 3041-95, Забруднення води - це надходження до водного об ’єюпа фізичних, хімічних чи біологічних речовин чи енергії, що спричиняє погіршення якості води.

Розглядаючи питання проблеми забруднення природних водойм і гідросфери в цілому, виділяють три основних аспекти, які дозволяють зрозуміти складність і комплексність цієї проблеми:

(1) наслідки забруднення гідросфери;

(2) види забруднення природних водойм;

(3) основні джерела забруднення природних водойм.

Основні проблеми забруднення гідросфери показано на рис. 2.5.

Як видно із рис. 2.5., виділяють три основних глобальних

наслідки забруднення гідросфери, які є взаємопов’язаними. Потрапляння у природні водойми високотоксичних речовин, зміна фізичних та біологічних параметрів водойм внаслідок господарської діяльності людини є причиною зміни природних умов у водоймах. Це може стати причиною загибелі фіто-, а згодом і зоопланктону. Загибель планктону є найбільш небезпечним наслідком забруднення гідросфери і цьому є кілька причин. По-перше, фітопланктон відіграє важливу роль у створенні градієнту концентрації діоксиду Карбону в Світовому океані і визначає його вміст в атмосфері Землі (див. п. 2.2.1, рис. 2.1). Крім того, фітопланктон в процесі бактеріофотосинтезу виділяє значну кількість розчинного у воді кисню. По-друге, фітопланктон є джерелом живлення для зоопланктону, а останній є першою ланкою більшості трофічних ланцюгів водойм. Загибель планктону викликає інші глобальні наслідки забруднення гідросфери.

Вплив забруднення гідросфери на екологічному стані атмосфери буде проявлятись, передусім, у зміні вмісту атмосферного кисню та діоксиду Карбону. Зменшення концентрації розчиненого у воді кисню, внаслідок загибелі фітопланктону, викличе пониження його вмісту в атмосферному повітрі, адже система буде намагатись врівноважити концентрацію кисню і атмосферний кисень буде розчинятись у воді. Концентрація діоксиду Карбону в атмосфері навпаки зросте внаслідок того, що у відсутності фітопланктону, буде спостерігатись видалення СО2 із води в атмосферу для вирівнювання його рівноважних концентрацій. Отже, екологія Світового океану і гідросфери в цілому буде позначатись на екологічному стані атмосфери.

Рис. 2.5. Основні аспекти забруднення гідросфери.


Загибель зоопланктону, який є першою ланкою трофічних ланцюгів водойм, викличе скорочення біологічних ресурсів Світового океану і може стати причиною порушення екологічної рівноваги в водному середовищі. Це, безумовно, позначиться і на проблемі харчових ресурсів, адже буде спостерігатись не тільки зменшення вилову продуктів моря, але і погіршення їх якості. Тому, до забруднення природних водойм, слід ставитись з особливою увагою.

Фахівці-екологи виділяють п’ять видів забруднення водойм: фізичне, хімічне, біологічне, теплове і радіоактивне.

До фізичного забруднення відносять зростання у воді кількості нерозчинних компонентів - піску, глини, мулу тощо, що призводить до обміління річок і замулювання озер. Джерелами фізичного забруднення є поверхневі стічні води, тобто змивання дощовими водами частинок грунтів внаслідок ерозії, осідання атмосферного пилу і кіптяви. Нерозчинні компоненти не тільки погіршують якість вод, але і впливають на кругообіг речовин у водоймах.

До хімічного забруднення природних вод відносять потрапляння в них органічних і неорганічних компонентів, внаслідок чого змінюється сольовий склад вод, їх кислотність або інші параметри. Значна кількість хімічних інгредієнтів-забруднювачів є токсичними. Якщо хімічні інгредієнти містять біогенні елементи, передусім це сполуки Фосфору та Нітрогену, то можливий розвиток євтрофування водойм. Джерелами хімічного забруднення природних водойм є промислові стічні води, комунальні стічні води і сільськогосподарські скидні води, нафта і нафтопродукти, атмосферні опади.

До біологічного забруднення водойм відносять потрапляння у води компонентів живої природи. Розрізняють бактеріологічне забруднення водойм та суто біологічне. Під бактеріологічним забрудненням розуміють потрапляння у водойми бактерій, вірусів, деяких простіших, які можуть бути збудниками різноманітних хвороб

і тому являють небезпеку для людей, тварин та навіть рослин. Біологічне забруднення зумовлено потраплянням в водойми безхребетних, ракоподібних та вищих представників живої природи, що може бути причиною порушення біологічної рівноваги внаслідок витіснення із водойм реліктів. Мігранти, як правило, є більш пристосовані до факторів довкілля, ніж релікти. Джерелами бактеріологічного забруднення є комунальні стічні води та промислові стічні води підприємств деяких галузей промисловості, зокрема харчової, біосинтезу, деревопереробної тощо. Біологічне забруднення потрапляє у водойми при паводках внаслідок сполучення різних водойм, тощо.

Теплове забруднення - це потрапляння у природні водойми нагрітих вод. Підвищення температури води у водоймах являє подвійну небезпеку. По-перше, із зростанням температури води

водойм зменшується розчинність у воді кисню, що може стати причиною замору. По-друге, підвищення температури води сприяє бурхливому розвитку одноклітинних зелених водоростей і розвитку євтрофування. Крім того, підвищення температури води сприяє гниттю і формуванню боліт. Джерелами теплового забруднення природних водойм є скидання нагрітих вод ТЕС, АЕС та теплої води від охолоджувальних агрегатів.

Радіоактивне забруднення природних водойм - це потрапляння в них радіонуклідів, які можуть надавати на живі організми негативного впливу викликаючи соматичний і мутагенний ефекти. Джерелами радіоактивного забруднення водойм є підприємства атомної енергетики, збройні сили, підприємства, які у технологічному циклі використовують джерела іонізуючого випромінювання. Вивченням впливу іонізуючого випромінювання на живі організми та з’ясування механізмів поширення радіонуклідів у довкіллі займається “Радіаційна екологія”.

Забруднення природних водойм являє небезпеку і для людини, причому не тільки через зміну якості води, але внаслідок накопичення забруднювальних речовин в рибі та інших продуктах моря. Частина інгредієнтів, зокрема хімічні речовини, радіонукліди тощо, може залучатись до трофічного ланцюга водойм і, внаслідок біологічного накопичення при русі по трофічному ланцюгу, окремі компоненти можуть доходити до вершини трофічної піраміди, наприклад, риба, в тому числі хижа, водоплаваючі птахи, водні ссавці, причому в значно більших кількостях. Коефіцієнти біологічного накопичення можуть сягати від 5-10 до 1000-10000 разів. Під коефіцієнтами накопичення розуміють відношення кількості інгредієнту в біологічному об’єкті до його кількості у об’єкті довкілля, зокрема у воді. Це стосується компонентів, які володіють здатністю до біокумуляції (важкі метали, хлорорганічні пестициди тощо) або накопичуються в певних органах (радіонукліди: 8г-90 - у кістках, Сб- 137 - у м’язовій тканині, 1-131 - у щитовидній залозі).

Біологічне накопичення забруднювальних воду речовин при русі по трофічному ланцюгу водойм можна представити таким чином: якщо вміст забруднювальної речовини у воді прийняти за 1, то у фітопланктоні його вміст буде в 5-10 разів більше, в зоопланктоні - ще в 10-15 разів більше, в нехижій рибі - ще в 5-10 разів, в хижій рибі -
ще в 5 разів. Отже, для хижих риб (щука, окунь, судак тощо) коефіцієнт накопичення може сягати 1000 і більше. Для прикладу, на рис. 2.6. показано накопичення Бг-90 у трофічному ланцюгу невеликого озера біля АЕС.

М’які тканини окуня

5

Кістки окуня 3000

Кістки ондатри 3900

Кістки бобра 1400

Дрібна риба 1000

М’які тканини двохстулкових молюсків 750

Водяні рослини 300

Озерна вода

Донні осади 200

Рис. 2.6. Накопичення 908г в різних частинах сітки харчування одного невеликого канадського озера Перк-Лейк: (за Ю.Одумом, 1986).

Цифри вказують середні коефіцієнти накопичення відносно озерної води, коефіцієнт накопичення якої прийнято за одиницю.

Отже, явище біологічного накопичення слід враховувати при встановлення нормативів кількості скидів забруднювальних речовин у природні водойми.

Як було зазначено (рис. 2.5.), виділяють шість основних джерел забруднення природних водойм. Найбільш потужним джерелом

забруднення природних водойм є промислові стічні води, які характеризуються великими об’ємами та різноманітністю хімічного складу. Крім того, ці стічні води часто мають підвищену температуру. Стічні води є самим багатотоннажним відходом промисловості. Ці води утворюються на підприємствах різних галузей промисловості і вони мають різноманітний хімічний склад (див. табл. 2.7).

Таблиця 2.7.

Основні забруднювальні речовини за галузями промисловості

Галузь промисловості

Забруднювальні речовини

Целюлозно-паперовий комплекс, деревообробка

Органічні (лігніни, смолисті і жирні речовини, фенол та ін.), амонійний Нітроген, сульфати, завислі речовини

Нафтогазовидобувна

Нафтопродукти, феноли, амонійний Нітроген, сульфіди

Машинобудування,

металообробка,

металургія

Важкі метали, завислі речовини, амонійний Нітроген, нафтопродукті´, смоли, феноли, флотореагенти

Хімічна, нафтохімічна

Феноли, нафтопродукти, поліциклічн; І ароматичні вуглеводні, мінеральні добрива, пестициди,завислі речовини

Легка, текстильна, харчова

Нафтопродукти, органічні барвники, органічні речовини

Гірничовидобувна,

вугільна

Мінеральні завислі речовини, феноли

Проблема промислових стічних вод нами буде розглянути далі.

Другим потужним джерелом забруднення природних водойм є комунально-побутові стічні води, тобто стічні води міст і селищ. Ці стічні води характеризуються наявністю в них миючих засобів, органічних речовин, компонентів біогенного характеру, в тому числі фекалії тощо. Потрапляння таких стоків у природні водойми викликає розвиток їх євтрофування, внаслідок наявності значної кількості органічних речовин та сполук Фосфору і Нітрогену, а наявність в них різноманітних збудників хвороб, зокрема яйця гельмінтів, анізакіди, хвороботворні віруси і бактерії, робить їх небезпечними для людей і тварин. Вирішення цієї проблеми можливе лише при правильній організації роботи каналізаційних мереж та очисткою стічних вод.

Сільськогосподарські скидні води, які потрапляють у природні водойми із орних земель являють подвійну небезпеку. По-перше, разом із скидними водами у водойми потрапляє значна кількість мінеральних добрив. Якщо це азотні або фосфорні добрива, розвивається євтрофування водойм, а в придонних шарах, внаслідок створення анаеробних умов, формується стійка і незворотна сірководнева зона. Формування такої зони призводить до втрати водойми. Це відбувається внаслідок біохімічних реакцій в анаеробних умовах, при яких сульфат-іони, що в значній кількості містяться в природних водах, відновлюються до сульфіду Гідрогену під впливом бактерій:

БО/´ + 5 АН2 + Васіег -» Н28 + 4 Н20 + 5 А, де АН2 - органічна сполука, носій Гідрогену.

Сульфатів у природних водах може міститись до 500 мг/дм3, тоді як наявність сірководню не допускається.

Якщо із сільськогосподарськими скидними водами у природні водойми потрапляють калійні добрива, то це призводить до зміни мінерального складу води та надає їй гіркого присмаку, що може бути причиною загибелі гідробіонтів.

По-друге, сільськогосподарські скидні води можуть містити пестициди різного класу, зокрема гербіциди, бактерициди, інсектициди, зооциди тощо, а, за рахунок високої біологічної активності останніх, це призводить до порушення біологічної рівноваги у водоймах. Причинами цього може бути загибель представників флори (потрапляння гербіцидів), бактерій (потрапляння бактерицидів), представників фауни (потрапляння зооцидів), тощо. Для попередження цих явищ необхідно вдосконалювати методи ведення сільського господарства.

Поверхневі стічні води є джерелами фізичного забруднення природних водойм, що призводить до їх обміління та замулювання. В той же час, поверхневі стічні води разом з атмосферними опадами можуть вимивати місцевий та промисловий бруд, який потрапляє у природні водойми. Для попередження цих явищ необхідно каналізувати міста, використовувати дренаж.

Атмосферні опади, як джерела забруднення природних водойм, відіграють особливу роль в промислових районах та в прибережних морських зонах. Атмосферні опади промислових районів можуть

містити кислотні компоненти, пил та кіптяву. Атмосферні опади прибережних морських зон можуть містити домішки солей, що є причиною зміни сольового складу прісних водойм.

Нафта і нафтопродукти відносять до окремої групи джерел забруднення природних водойм, хоча їх складові забруднення можна віднести до хімічного забруднення водойм. Це зумовлено тим, що нафта і нафтопродукти, які перебувають у воді у вигляді емульсій, надають особливого впливу на екологію водойм та їх мешканців і забруднення водойм цими сполуками являє подвійну небезпеку.

По-перше, нафтопродукти є токсичними для ряду гідробіонтів. При концентрації нафтопродуктів у воді > 0,05 мг/дм3 змінюються смакові якості риби, вона набуває присмаку нафти від якого неможливо позбутися; при концентрації нафтопродуктів > 0,5 мг/дм3 гине більша частина риб, а при концентрації нафтопродуктів у водах >

1, 2 мг/дм3 гине планктон, бентос, водоплаваючі птахи.

По-друге, при потраплянні нафти у водойми, вона утворює молекулярну плівку, яка перешкоджає газовому і вологообміну між атмосферою і водоймою, а відтак, порушує біохімічний режим водойм, зменшує кількість розчиненого у воді кисню, тощо. Так, при потраплянні у водойм 1 тонни нафти утворюється молекулярна плівка площею до 12 км2.

Джерелами забруднення природних вод нафтою і нафтопродуктами є нафтодобувні та нафтопереробні підприємства, бази та флот. Причинами забруднення водойм є аварійні розливи нафти і нафтопродуктів. Особливою проблемою нафтодобування є вилучення разом з нафтою пластових вод, які характеризуються високою мінералізацією і високим вмістом нафтопродуктів (до 3-10 г/дм3). Вирішенню проблем, які пов’язані із забрудненням природних водойм нафтопродуктами, сприятиме вдосконалення процесів добування та транспортування нафти і нафтопродуктів.

Отже, будь-яке забруднення природних водойм являє певну небезпеку. В природі існують механізми, за рахунок яких проходить самоочищення водойм від забруднювальних речовин і будь-яка господарська діяльність людина повинна бути напрямлена на підтримання цих процесів. Під самоочищенням природних водойм розуміють сукупність гідродинамічних, фізико-хімічних, гідрохімічних, гідробіологічних´та інших процесів, які призводять до відновлення фонового стану водного джерела. Це можливе або шляхом деструкції речовин, або шляхом їх переведення в малорухому (нерозчинну) форму.

Механізми та швидкість процесів самоочищення природних водойм залежать від природи і властивостей забруднювальних речовин, а також від їх кількості. Розведення тобто зменшення концентрації забруднювальних речовин у воді сприяє самоочищенню природних водойм.

При забрудненні природних водойм органічними речовинами, механізм самоочищення залежить від природи речовини, особливості структури, та її токсичності. Якщо органічна речовина є нетоксичною або малотоксичною для гідробіонтів, найбільш імовірним механізмом самоочищення є біохімічне окислення в аеробних або анаеробних умовах. Якщо органічна речовина є токсичною, то найбільш імовірним механізмом її перетворення буде процес хімічної деструкції, переважно окислення. На швидкість цих процесів впливають ряд факторів, зокрема температура, концентрація розчиненого у воді кисню, тощо.

Якщо у природні водойми потрапляють неорганічні сполуки, то в залежності від їх хімічних властивостей, можливі наступні механізми перетворення:

- нейтралізація компонентів кислотного та основного характеру за рахунок природних буферних систем, які характеризуються високою буферною ємністю. Серед поширених природних буферних систем слід відмітити карбонатні та фосфатні;

- гідроліз, тобто взаємодія речовин з водою з утворенням малодисоційованих сполук. Цей механізм домінує при самоочищенні водойм від іонів високозарядних катіонів, зокрема А13+, Ре^+, Сг3+ тощо, причому процес гідролізу є ступінчастим. Іноді гідролізу передує процес окислення:

4 ¥ег+ + 02 + 2 Н202+;

РеОН2+ + Н20 о Ре(ОН)2+ + Н+;

Ре(ОН)2+ + Н20+;

При осадженні пластівців гідроксидів металів проходить інтенсивна коагуляція, що сприяє видаленню із води колоїдів;´

- хімічне осадження, тобто утворення малорозчинних речовин. Іноді має місце співосадження. Цей механізм переважає при самоочищенні водних джерел від сполук важких металів, внаслідок утворення нерозчинних сульфідів, карбонатів, сульфатів:

Си2+ + N3^ СиБІ + 2 Ка+;

- сорбція на природних суспензіях, тобто часто має місце утворення комплексних сполук іонів металів з природними полімерами, наприклад, гуміновими та фульвокислотами, внаслідок чого рухливість іонів у водному середовищу зменшується. Іноді можлива взаємодія з природними сорбентами, наприклад, цеолітами, слюдами, тощо.

Отже, в природі є багато механізмів самоочищення водойм від забруднювальних речовин, а швидкість цих процесів визначається багатьма факторами. Тому, при встановленні нормативів скидів забруднювальних воду речовин слід враховувати можливості їх хімічного перетворення у водному середовищі і не допускати у скидах речовин, які перешкоджають самоочищенню водних джерел. Цей аспект захисту водного середовища від забруднення має бути пріоритетним.


загрузка...