Загрязнение водоемов, оценка состояния и качества поверхностных вод

Интенсивное использование водных ресурсов влечет за собой резкое изменение их качественных параметров в результате сброса в воду разнообразных загрязнителей антропогенного происхождения. Вода теряет способность к самоочищению в условиях, когда естественные экосистемы разрушаются.

Самоочищение в гидросфере связано с круговоротом веществ. В водоемах оно обеспечивается совокупной деятельностью населяющих их организмов. Одна из важнейших задач рационального водопользования состоит в том, чтобы поддерживать способность воды к самоочищению.

Факторы самоочищения водоемов многочисленны и разнообразны, условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

Среди физических факторов первостепенное значение имеют разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнителей. В реках интенсивное течение обеспечивает хорошее перемешивание взвешенных частиц и снижение их концентрации. В озерах, водохранилищах, прудах действие физических факторов ослабевает, хотя оседание нерастворимых осадков и отстаивание загрязненных вод способствует самоочищению водоемов. Важную роль играет ультрафиолетовое излучение солнца, под влиянием которого происходит обеззараживание воды.

Водоотведение — совокупность санитарных мероприятий с использованием технических устройств, обеспечивающая удаление сточных вод за пределы городов и других населенных мест или промышленных предприятий. Осуществляется водоотведение с помощью ливневой, промышленной и бытовой, внутренней и наружной канализации.

Процессы интенсификации использования водных ресурсов, рост объема сточных вод, отводимых в водные объекты, тесно взаимосвязаны. При увеличении водопотребления и водоотведения главная опасность заключается в ухудшении качества воды. Более половины стоков, сбрасываемых в поверхностные водоемы земного шара, не проходят даже предварительной очистки. Для сохранения самоочищающей способности воды необходимо более чем десятикратное разбавление стоков чистой водой. Согласно расчетам, на обеззараживание сточных вод в настоящее время расходуется седьмая часть мировых ресурсов речного стока. Если сброс сточных вод будет возрастать, то в ближайшее десятилетие для этой цели потребуется расходовать все мировые ресурсы речного стока.

Источниками загрязнения являются сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов и ферм, ливневые стоки в городах, смыв дождевыми потоками ядохимикатов и удобрений с полей.

Сточные воды промышленных предприятий образуются в различных стадиях технологических процессов.

С нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностью, транспортировкой нефти и нефтепродуктов связано распространение в водоемах самых стойких загрязнителей - нефтяных масел. Каждая тонна нефти, растекаясь по водной поверхности, создает на площади до 12 км2 пленку из легких масел, затрудняющую газообмен с атмосферой. Средние фракции нефти, смешиваясь с водой, образуют ядовитую эмульсию оседающую на жабрах рыб. Тяжелые масла (мазут) оседают на дно водоемов, вызывая токсические отравления фауны, гибель рыб.

Основными факторами воздействия теплоэнергетики на гидросферу являются выбросы теплоты, следствиями которых могут быть постоянное повышение температуры в водоемах, зарастание водоемов водорослями и нарушение кислородного баланса. Все это создает угрозу для жизни обитателей рек и озер.

Влияние гидроэлектростанций на окружающую среду проявляется как в период их строительства, так и при эксплуатации. Сооружение плотины приводит к значительному затоплению прилегающих территорий, изменению гидро- и биологического режимов рек. На мелководье водохранилищ можно наблюдать «цветение» воды — результат нашествия сине-зеленых водорослей. Отмирая, водоросли в процессе разложения выделяют фенол и другие ядовитые вещества. Рыбы покидают такие водоемы, вода в них делается непригодной не только для питья, но и для купания.

Опасными загрязнителями водоемов являются сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Содержащиеся в них органические вещества в процессе окисления поглощают кислород, вызывают массовую гибель рыбы, придают воде неприятный вкус и запах.

Отходы химических и нефтехимических производств, горнодобывающей промышленности засоряют воду солями и растворами, в том числе соединениями ртути, цинка, свинца, мышьяка, молибдена и других тяжелых металлов, которые вызывают чрезвычайно опасные заболевания людей, а также способны накапливаться в организмах обитателей рек, озер, морей и океанов.

Машиностроительный комплекс располагает немалым потенциалом загрязнения поверхностных водоисточников. К примеру, гальваническое производство — один из его наиболее крупных источников образования сточных вод, к тому же загрязненных ионами тяжелых металлов, неорганическими кислотами и щелочами, цианидами, поверхностно-активными веществами. Кроме того, в машиностроении нередки утечки жид- •их продуктов или полупродуктов и т.п.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и синтетические моющие средства (CMC) очень токсичны и устойчивы к процессам биологического разложения. Они попадают в водоемы с отходами текстильной, меховой, кожевенной промышленности, с бытовыми и коммунальными сточными водами.

Сельскохозяйственное производство во многих регионах мира влечет загрязнение поверхностных водоемов ядовитыми веществами. Они попадают в водоемы в виде пестицидов, используемых для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур. Предполагают, что от действия пестицидов сократились поголовье тюленей в Балтике и запасы промысловой рыбы в Атлантике. Значительную опасность для водоемов представляют смываемые с сельскохозяйственных полей нитраты, фосфаты и калийные удобрения. Сточные воды крупных животноводческих комплексов отличаются высокой концентрацией растворенных и нерастворенных загрязняющих веществ. Например, из свиноводческого комплекса на 116 тыс. свиней ежесуточно сбрасывается 5 тыс. м3 высококонцентрированных сточных вод. Попадая в речные воды, а затем в озера или водохранилища, эти биогенные соединения накапливаются там до токсичных уровней.

Опасным загрязнителем являются бытовые сточные воды и бытовой мусор, которые содержат 30—40 % органических веществ. Часть из них во время сброса и прохождения сквозь столб воды переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в отложения. Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов.

Особую угрозу жизни водоемов и здоровью людей создают радиоактивные загрязнения. Захоронение жидких и твердых радиоактивных отходов осуществлялось в морях и океанах многими странами, имеющими атомный флот и атомную промышленность. Накопление сброшенных в море радиоактивных отходов, а также аварии атомных судов и подводных лодок представляют опасность не только для нынешнего, но и для будущих поколений.

При аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивные продукты попадали в водоемы из воздуха и со стоками с загрязненной местности и бассейн Днепра на территории Беларуси, России Украины. В связи с этим наблюдалось кратковременное превышение установленных норм загрязнения воды в Припяти. Во всем каскаде водохранилищ Днепра содержание радиоактивных веществ постепенно снижалось вниз по течению. Оценка загрязнения донных отложений водохранилищ Днепра, проведенная в мае 1986 г., выявила наиболее загрязненные донные группы в Киевском водохранилище на участке, прилегающем к устью Припяти. В южной части Киевского, а также в Каневском водохранилище это загрязнение убывает в десятки и сотни раз. Еще более низкие концентрации радионуклидов наблюдались в водах Черного моря (в зоне впадения Днепра).

Система контроля за содержанием радионуклидов в поверхностных водах основных рек показала, что сразу после аварии на ЧАЭС концентрация стронция-90 в низовьях Припяти превышала допустимую норму, но уже в мае 1986 г. она стабилизировалась в пределах нормы. По данным постоянного контроля за содержанием радионуклидов стронция-90 и цезия-137, их концентрация в водоемах значительно ниже показателя радиационно допустимых уровней для питьевой воды. В первые дни после чернобыльской катастрофы увеличение концентрации радионуклидов в воде объяснялось их непосредственным выпадением, а в настоящее время уровни загрязнения водных систем определяются вторичными процессами: обменом с донными отложениями, смывом радионуклидов с поверхности водосбора рек, а также за счет талых и паводковых вод.

Одна из важнейших проблем, связанных с рациональным ведением водного хозяйства, — сохранение требуемого качества воды во всех водных источниках. Большинство рек, протекающих в зонах крупных и средних промышленных центров, испытывают высокое антропогенное воздействие из-за поступления в них со сточными водами значительного количества загрязняющих веществ.

За период 1990—2008 гг. годовой объем водоотведения в снизился в два раза (с 2151 до 1065 млн м3) благодаря проведению ряда водоохранных мероприятий, а также сокращению потребности в воде на производстве. Самым мощным источником загрязнения водных объектов в стране являются бытовые стоки. На них приходится две третьих годового объема точных вод, в то время как на стоки промышленного и сельскохозяйственного производства — одна треть. В общем количестве сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водоемы 66 млн м3 в 2008 г.), нормативно-чистые (отводятся без очистки) составляют 25,6 %, нормативно-очищенные — 73,4 и загрязненные — менее 1 %. Очевидно, что неочищенные сточные воды нуждаются в многократном разбавлении чистой водой, но и в нормативно-очищенных водах содержатся загрязнения, так что для их разбавления на каждый 1 м3 требуется до 6—12 м3 свежей воды. В составе сточных вод в природные водные объекты за год сбрасывается до 0,5 тыс. т нефтепродуктов, 16—18 т органических веществ, 18—20 т взвешенных веществ и значительное количество других загрязняющих веществ.

Большое количество загрязняющих веществ поступает в поверхностные воды с талыми и ливневыми водами. Они стекают с городских территорий, сельскохозяйственных угодий и других источников загрязнения, не имеющих системы водоотведения и очистки.

В условиях тесной взаимосвязи поверхностных и подземных вод процессы загрязнения постепенно распространяются на все большие глубины. Вблизи промышленных центров загрязнение подземных вод отмечается на глубинах ниже 50—70 м (водозаборы в Бресте, Гродно, Минске, Пинске и др.). Оно наиболее интенсивно в застроенных частях населенных пунктов, рядом с очистными сооружениями, полями фильтрации, свалками, животноводческими фермами и комплексами, складами минеральных удобрений, ядохимикатов, горюче-смазочных материалов. В подземных водах нередко обнаруживаются повышенные концентрации нефтепродуктов, фенолов, тяжелых металлов и нитратов.

Для территории Беларуси весьма характерно нитратное загрязнение грунтовых вод и формирование вод нитратного типа. Обследование колодцев в сельской местности показало, что 75—80 % из них содержат свыше 10 мг/л нитратного азота, что превышает норматив ПДК. Самые высокие коэффициенты загрязнения нитратами отмечаются в Минской, Брестской и Гомельской областях.

В различных странах мира для оценки качества воды разработано более 100 показателей. При оценке степени загрязненности поверхностных вод учитываются: содержание плавающих примесей и взвешенных веществ, запах, привкус, окраска и температура воды, состав и концентрация минеральных примесей и растворенного в воде кислорода, состав и предельно допустимая концентрация ядовитых и вредных веществ, наличие болезнетворных бактерий. Установлены нормативы ПДК более 400 вредных веществ — в водоемах питьевого и культурно-бытового назначения, а также более 100 вредных веществ в водоемах рыбохозяйственного назначения.

Определение допустимого состава сточных вод проводится в зависимости от преобладающего вида примесей и с учетом характеристики водоема, в который сбрасывают сточные воды. Разбавление сточных вод — это процесс уменьшения концентрации примесей в водоемах, вызванный перемешиванием сточных вод с водной средой, в которую они выпускаются. Интенсивность процесса разбавления качественно характеризуется кратностью разбавления.

Загрязнение поверхностных и подземных вод наносит большой вред экологическим системам и материальный ущерб народному хозяйству. Такие воды становятся малопригодными или непригодными для различных видов хозяйственного потребления и использования в рекреационных целях, иногда являются источником многих инфекционных заболеваний. В результате, по данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно заболевает около 500 млн чел., а детская смертность достигает 5 млн чел. в год. Материальный ущерб выражается также в снижении уловов рыбы, дополнительных затратах на водоснабжение населения и промышленных предприятий, строительство очистных сооружении.

Качество поверхностных вод в настоящее время устанавливается также по индексу загрязнения вод (ИЗВ), которому соответствуют 7 классов разной степени загрязненности вод: от очень чистой (ИЗВ < 0,3) до чрезвычайно грязной (ИЗВ > 10). ИЗВ определяется как 1/6 суммы средней концентрации по отношению к предельно допустимым концентрациям следующих загрязняющих веществ: растворенного кислорода, азота аммонийного, азота нитритного, нефтепродуктов и фенолов, биохимического потребления кислорода (БПК).

Необходимо отметить, что качественное состояние поверхностных вод в начале XXI в. существенно улучшилось. Степень загрязнения воды большинства рек оценивается II классом качества — как относительно чистые реки (0,3 < ИЗВ < 1,0). В конце 1990-х гг. преобладали умеренно-загрязненные реки (0,1 < ИЗВ < 2,5). Однако и сегодня характер загрязнения рек неодинаков. Подавляющее число рек относится к категории умеренно загрязненных (1,0 < ИЗВ < 2,0). Наиболее загрязнены реки Свислочь (ИЗВ = 1,4), Березина у г. Борисова (1,3), Днепр у г. Лоева (1,3), Припять у г. Пинска (ИЗВ = 1,3). К классу грязных отнесена Свислочь ниже выпуска сточных вод Минской станции аэрации (ИЗВ — 4,4). Река загрязнена органическими веществами, соединениями азота, фосфора, тяжелыми металлами, нефтепродуктами, что обусловлено недостаточно эффективной очисткой сточных вод на городских очистных сооружениях и малой разбавляющей способностью самой реки.