УП.4. Проблема загрязнения, или качественного истощения вод

Качество вод, особенно пресных, стало одним из важнейших факторов здоровья населения.

Основные показатели качества вод и их химический состав. Все воды содержат растворенные вещества. Наиболее представленными элементами в воде являются кальций, натрий, хлор, калий. Характерно, что набор химических элементов в воде близок к их составу в крови животных и человека. Это, по-видимому, является одним из подтверждений зарождения жизни в водной среде (табл.22).

Таблица 22

Сравнение химического состава крови человека и вод Мирового океана____________________ Химический

элемент Процент от суммы растворенных

веществ вода океана кровь человека Хлор 49,3 55,0 Натрий 30,0 30,6 Кислород 9,9 5,6 Калий 1,8 1,1 Кальций 0,8 1,2 198

Соленость воды оценивается обычно по суммарному содержанию в ней химических веществ, или сухому остатку (г/л). По данному показателю выделяют следующие категории вод:

-пресные-до 1 г/л;

- солоноватые -1 -3 г/л;

- слабосоленые - 3-10 г/л;

- соленые и очень соленые - 10-50 г/л;

- рассолы (рапа) - более 50 г/л.

Морская вода в среднем содержит 35 г/л солей (3,5%, или 35%0-промилле). В водах содержатся также органические вещества и различного рода взвеси, а также организмы, часть из которых относится к группе патогенных.

Человек оценивает воду обычно в зависимости от целей ее использования: питьевая, технические нужды, сельскохозяйственное потребление и др.

Критерии оценки качества вод. Понятие о ПДК, БПК и ХПК. Для оценки качества вод, как и воздуха, используются предельно допустимые концентрации (ПДК). В нашей стране они разработаны более чем для 200 веществ. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует свои ПДК. Некоторые из них представлены в табл.23.

Кроме химических, при оценке качества питьевой воды используются бактериологические и органолептические критерии.

Бактериологическое состояние воды оценивается: 1) через общее число бактерий в воде, оно не должно превышать 100 в одном миллилитре воды, и 2) через количество бактерий группы кишечной палочки. Последнее выражается либо коли-индексом: количе-

Таблица 23

Предельно допустимые концентрации некоторых химических веществ в питьевой воде, мг/л Показатель Россия Болгария Чехия ВОЗ Сухой остаток 1000 1000 1000 Хлориды 350 250 350 600 Нитраты 10 30 50 Марганец 0,1 0,1 0,1 0,5 Сульфаты 500 250 250 400 Железо 0,3 0,2 0,3 1,0 Цинк 5 5 5 15 199

ство кишечных палочек в одном литре воды (оно не должно превышать трех), либо коли-титром: количество воды в миллилитрах, в котором содержится одна кишечная палочка (он не должен быть меньше 300 мл).

К органолептическим показателям относятся запах, цветность, мутность и привкус.

Важный показатель качества вод - наличие в них кислорода. В прямой зависимости от его содержания находится жизнь гидробионтов (аэробов) и способность вод к самоочищению. Кислородообеспеченность обычно выражается через показатель биологического потребления кислорода (БПК). Под ВПК понимают количество кислорода, которое расходуется для разложения (окисления) содержащихся в воде веществ, способных участвовать в биохимических процессах. Для определения БПК обычно создаются стандартные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. Потребление кислорода при этом, как правило, измеряется в одном литре воды за 5 дней (БПК^. Чем больше потребление кислорода, тем сильнее загрязнена вода органическими и другими биодеградирующими веществами.

В водах появляется все больше веществ, которые не поддаются биологическому разложению (например, органические растворители) и поэтому не фиксируются показателем БПК.Их содержание оценивается через химическое потребление кислорода (ХПК).

Отношение БПК к ХПК характеризует степень способности воды к самоочищению. Если это отношение равно единице, самоочища-емость оценивается как максимальная (биологическим путем разрушается практически весь спектр загрязняющих веществ).

Основные вещества и другие агенты, загрязняющие воду. Различают первичное и вторичное загрязнение вод. Первичное связано с поступлением в водоемы различных загрязняющих веществ. Вторичное - обычно является следствием цепных реакций, протекающих под воздействием первичных загрязнителей.

Важнейшие пфвичныезагрязняющие вещества, источники их поступления и следствия для водных экосистем и человека представлены в таблице 24. Это в основном продукты эрозии почв, минеральные удобрения, ядохимикаты и другие вещества, которые могут поступать в во-

200

Таблица 24

Основные загрязняющие воды вещества (агенты) и их источники (обобщенные данные)

Загрязняющее ]

ство, элемент или агент загрязнения

Основные 1

загрязнения

следствия загрязнения

Азот, фосфор, другие биогенные элементы и их соединения, органические вещества

Взвешенные частицы (повышение мутности)

Пестициды и другие ядовитые вещества

Мусор и другие твердые отходы

Нефть и нефтепродукты

Смыв минеральных и органических удобрений, кислые осадки, синтетические моющие средства, животноводческие комплексы, бытовые и прочие стоки, эрозия почв и др. Продукты эрозии почв, разрушение беретов и русел рек, смыв с урбанизированных территорий

Смыв с полей, потери при транспортировке и хранении, утечки с предприятий и т.п.

Захоронение в океане, смыв сточными водами, водный транспорт и т.п.

Потери при добыче (особенно со дна морей) и при транспортировке (особенно при авариях танкеров), утечки с двигателей, сточные воды

Основные факторы загрязнения и эвтро-фикации (богатого питания) вод

Уменьшение прозрачности воды, заиление русел рек и других водоемов, эвтрофика-ция

Отравление или поражение организмов, образование вторичных загрязняющих веществ, высвобождение из соединений тяжелых металлов Загрязнение прямое и продуктами разложе-ния,заглатывание гид-робионтами, источник эвтрофйкации вод Нефтяная пленка, мазут, гибель планктона и других гидробион-тов, потеря вкусовых качеств продуктами промысла, уменьшение альбедо и испарение с водной поверхности

201 1 2 3 Тяжелые металлы и их соединения

Тепловое загрязнение (повышение температуры вод) Сточные воды, выпадения из "атмосферы, потери при транспортировке и т.п.

Тепгювая и атомная энергетика (вода как охлаждающий агент),водо-хранилища (особенно мелководъя),поступле-ние подогретых вод с предприятий и других объектов Накопление в цепях питания и донных отложениях, превращение в более ядовитые вещества, отравление гидробионтов и других групп организмов Уменьшение насыщенности воды кислородом, ускорение процессов эвтрофи-кации, нарушение жизненных циклов и стрессы гидробионтов доемы с водосборных бассейнов.

Серьезный вред водным системам причиняет тепловое загрязнение. Оно обусловливается сбросом в источники подогретых вод или изменением температуры в результате действия других факторов.

На планете в настоящее время практически не осталось поверхностных пресных вод, которые в той или иной степени не были бы загрязнены человеком. Обманчиво представление о чистоте северных вод. Меньшее загрязнение этих вод нередко компенсируется их слабой способностью к самоочищению в силу олиготрофности (бедности жизнью) и низких температур. До недавнего времени существовало представление о неисчерпаемой самоочищающей способности океана. С момента осознания человеком глобальности экологических проблем от этой, как и от других иллюзий, приходится отказываться. Становится ясным, что океан не может быть всемирной свалкой.

202

Известный французский океанолог Жак Кусто высказал опасение, что океан может лишиться жизни, если не прекратится его отравление.

К числу наиболее опасных и распространенных загрязняющих веществ относится нефть и нефтепродукты. Имеются данные, что в настоящее время загрязнено около 1/5 акватории океана, в воды ежегодно попадает от 30 до 50 млн. тонн нефти, а каждая тонна ее способна покрыть пленкой до 12 км2 воды.

Содержание нефти даже в количестве 0,05 мг/л делает воду непригодной для питья, а при концентрации 0,5 мг/л погибают многие виды организмов, связанных с водной средой. Из-за запаховых явлений изменяются пути миграции рыб и других организмов.

Особенно чувствителен к нефтяным и другим загрязнениям планктон.

Нефтяная пленка сильно изменяет отражательную способность водной поверхности (альбедо), является причиной изменения теплового баланса и глобальных тепло- и влагопереносов. Температура изменяется также в результате ускоренного таяния льда, загрязненного нефтью и другими веществами. Значительное количество нефти выбрасывается на берег. Здесь она губит прибрежные экосистемы, играющие важную роль при очистке воды. Разрушенные экосистемы долго не восстанавливаются. Часть нефти, впитываясь в грунты, попадает в грунтовые воды, а затем в результате круговорота вод вновь возвращается в источники. Длительно не разлагающиеся нефтепродукты попадают в океанические течения и переносятся на большие расстояния.

Сельское хозяйство как загрязнитель вод. В земледельческих районах сельское хозяйство является основным загрязнителем воды. Воды загрязняются продуктами разрушения почв, удобрениями и ядохимикатами, смываемыми с полей, животноводческими комплексами.

Стоки с сельскохозяйственных полей поступают в водные экосистемы рассредоточенно или неорганизованно и поэтому почти не подвергаются очистке.

Животноводческие комплексы в ряде регионов представляют основную проблему для водопользования. Так, в ФРГ объем отходов животноводческих стоков в 5 раз больше бытовых. Комплекс со 100 тысячами голов крупного рогатого скота загрязняет среду так же, как

203

город с миллионным населением. Основное загрязнение от комплексов связано с органическими веществами и различными соединениями азота (нитраты, нитриты, аммиак) и биологическими агентами.

Тепловое загрязнение вод. Этот вид загрязнения является следствием как водопотребления, так и водопользования. Важнейшим поставщиком подогретых вод являются тепловые и атомные электростанции, а также другие объекты, где вода используется как охлаждающий агент. Получение каждого миллиона киловатт энергии на тепловых электростанциях сопряжено с подогревом 1,5-2 км2 воды.

Подогретые воды должны охлаждаться в прудах-охладителях либо в специальных установках (градирнях) и затем повторно ис-; пользоваться в производственных процессах. Однако значительч ная часть подогретых вод сбрасывается в источники и обусловли-ваетих тепловое загрязнение.

Тепловое загрязнение вод происходит также непосредственно в водоемах. Особенно интенсивен этот процесс на мелководных чач стях водохранилищ, где создаются условия для интенсивного про-*, грева воды. Такие явления наиболее типичны для равнинных воден хранилищ с пологими берегами. (

Водосборные бассейны и качество вод. Существенное, а не* редко и основное загрязнение вод связано с нарушениями их круто-; ворота за пределами водных объектов на водосборных бассейнах. Такие явления часто связаны с разрушением или преобразованием! естественных экосистем (особенно лесных и болотных), что ведер к увеличению смыва с них различных загрязнителей.

Выражение В. В. Докучаева - «почва - зеркало ландшафта» в перефразированном виде можно представить как « вода в источни ках - зеркало состояния водосборных бассейнов». Какою состоя ние этих бассейнов, такою и качестю воды, формирующейся в их!* пределах и в конечном счете оказывающейся в водном источнике.

В последнее время этот афоризм в полной мере становится при менимым и к атмосферному воздуху, из которого в водные источи

204

ники поступает немало загрязняющих веществ в результате сухого осаждения или с атмосферными осадками. Эти вопросы рассмотрены в разд. У1.4, ч.Н.

Водопользование как загрязнитель вод. К водопользованию относится потребление юды без ее изъятия, например, для избавления от мусора и других отходов, в том числе ядовитых и радиоактивных. Хотя большая часть таких отходов сбрасывается в воды в контейнерах, но иони не вечны, со временем разрушаются, и их содержимое может поступать в юду.

Реки, особенно северные, загрязняются продуктами разложения древесины, которая тонет при сплаве. Русла многих сплавных рек устланы несколькими слоями бревен. Это существенный источник фенолов, лнпшипа, дубильных и других органических веществ.

Водопользование является причиной разрушения берегов, которое происходит под действием волн, создаваемых транспортом, при строительстве портов, спрямлении русел и при осуществлении других мероприятий. Водопользование - важный фактор угрозы для обитателей водной среды. С ним связано разрушение нерестилищ, укрытий, путей миграции рыб и т. п. .

Существенные отрицательные экологические последствия связаны с водохранилищами. Они являются своего рода отстойниками, а следовательно, и накопителями широкого спектра загрязняющих веществ, особенно тех, которые не подвержены или слабо подвержены биодеградации. Донные осадки многих водохранилищ перенасыщены тяжелыми металлами, а также радиоактивными элементами. Они часто являются источником образования метана и других продуктов гниения. Понижение уровня воды в этих водоемах нередко является причиной загрязнения воздуха и прилежащих территорий в результате захвата вышедших из-под воды донных отложений ветровыми потоками.

Еще более масштабные проблемы могут возникнуть при ликвидации водохранилищ. Такие явления в перспективе неизбежны, так как каждое, даже крупное водохранилище рано или поздно заиля-ется до такой степени, что теряет свое значение как водный резервуар или источник гидроэнергии.

Большой ущерб водным экосистемам приносит также вторичное загрязнение как результат нарушения равновесия в их существовании. Рассмотрим этот вид загрязнения на примере процессов эвтрофикации вод.

[

205