Лекція №8. Забруднення водних об’єктів

План:

1. Джерела забруднення природних вод;

2. Вплив забруднення на екологічний стан водних ресурсів.

1. Джерела забруднення природних вод.

Під забрудненням водних ресурсів розуміють будь-які зміни фізичних, хімічних і біологічних властивостей води у водоймищах у зв'язку із скиданням у них рідких, твердих і газоподібних речовин, які заподіюють або можуть створити незручності, роблячи воду даних водоймищ небезпечною для використання, завдаючи збитку народному господарству, здоров'ю та безпеки населення.

Забруднення поверхневих і підземних вод можна розподілити на такі типи:

1. механічне – підвищення вмісту механічних домішок, властиве в основному поверхневим видам забруднень;

2. хімічне – наявність у воді органічних і неорганічних речовин токсичної і нетоксичної дії;

3. бактеріальне і біологічне – наявність у воді різноманітних патогенних мікроорганізмів, грибів і дрібних водоростей;

4. радіоактивне – присутність радіоактивних речовин в поверхневих або підземних водах;

5. теплове – випуск у водоймища підігрітих вод теплових і атомних електростанцій.

Основними джерелами забруднення і засмічення водойм є недостатньо очищені стічні води промислових і комунальних підприємств, великих тваринницьких комплексів, відходи виробництва при розробці рудних копалин; води шахт, рудників, обробці і сплаві лісоматеріалів; скидання водного і залізничного транспорту; відходи первинної обробки льону, пестициди і т.д. Забруднюючі речовини, потрапляючи в природні водоймища, призводять до якісних змін води, які в основному виявляються в зміні фізичних властивостей води, зокрема, поява неприємних запахів, присмаків і т.д.); у зміні хімічного складу води, зокрема, поява в ній шкідливих речовин, в наявності плаваючих речовин на поверхні води і відкладанні їх на дні водойм.

Виробничі стічні води забруднені в основному відходами і викидами виробництва. Кількісний і якісний склад їх різноманітний і залежить від галузі промисловості, її технологічних процесів; їх ділять на дві основні групи: що містять неорганічні домішки, в т.ч. і токсичні, і містять отрути.

До першої групи відносяться стічні води содових, сульфатних, азотно-тукових заводів, збагачувальних фабрик свинцевих, цинкових, нікелевих руд і т.д., в яких містяться кислоти, луги, іони важких металів та ін. Стічні води цієї групи в основному змінюють фізичні властивості води.

Стічні води другої групи скидають нафтопереробні, нафтохімічні заводи, підприємства органічного синтезу, коксохімічні та ін. У стоках містяться різні нафтопродукти, аміак, альдегіди, смоли, феноли та інші шкідливі речовини. Шкідливе дію стічних вод цієї групи полягає головним чином в окисних процесах, внаслідок яких зменшується вміст у воді кисню, збільшується біохімічна потреба в ньому, погіршуються органолептичні показники води.

Нафта і нафтопродукти на сучасному етапі є основними забруднювачами внутрішніх водойм, вод і морів, Світового океану. Потрапляючи у водойми, вони створюють різні форми забруднення: плаваючу на воді нафтову плівку, розчинені або емульговані у воді. Нафтопродукти, що осіли на дно важкі фракції і т.д. При цьому змінюється запах, смак, забарвлення, поверхневий натяг, в'язкість води, зменшується кількість кисню, з'являються шкідливі органічні речовини, вода набуває токсичні властивості і являє загрозу не тільки для людини. 12 г нафти роблять непридатною для вживання тонну води.

Досить шкідливим забруднювачем промислових вод є фенол. Він міститься в стічних водах багатьох нафтохімічних підприємств. При цьому різко знижуються біологічні процеси водойм, процес їх самоочищення, вода набуває специфічний запах карболки.

На життя населення водойм згубно впливають стічні води целюлозно-паперової промисловості. Окислення деревної маси супроводжується поглинанням значної кількості кисню, що призводить до загибелі ікри, мальків і дорослих риб. Волокна й інші нерозчинні речовини засмічують воду і погіршують її фізико-хімічні властивості. На риб і на їхньому кормі (безхребетні) несприятливо відображаються молеві сплави. З гниючої деревини і кори виділяються у воду різні дубильні речовини. Смола і інші екстрактивні продукти розкладаються і поглинають багато кисню, викликаючи загибель риби, особливо молоді і ікри. Крім того, молеві сплави сильно засмічують річки, а топляк нерідко повністю забиває їх дно, позбавляючи риб нерестовищ і кормових місць.

Атомні електростанції радіоактивними відходами забруднюють річки. Радіоактивні речовини концентруються найдрібнішими планктонними мікроорганізмами і рибою, потім по ланцюгу харчування передаються іншим тваринам. Встановлено, що радіоактивність планктонних мешканців в тисячі разів вище, ніж води, в якій вони живуть.

Стічні води, що мають підвищену радіоактивність (100 Ки на 1л і більше), підлягають захороненню в підземні безстічні басейни і спеціальні резервуари.

Основні джерела забруднення природних вод – це:

1. Населені пункти. Найбільш відомим джерелом забруднення води, якому традиційно приділяється головна увага, є побутові (або комунальні) стічні води. Водоспоживання міст зазвичай оцінюють на основі середнього добової витрати води на одну людину, в США рівного приблизно 750 л і включає воду питну, для приготування їжі та особистої гігієни, для роботи побутових сантехнічних пристроїв, а також для поливу галявин і газонів, гасіння пожеж, миття вулиць та інших міських потреб. Майже вся використана вода поступає в каналізацію. Оскільки щодня в стічні води потрапляє величезний об'єм фекалій, головним завданням міських служб при переробці побутових стоків в колекторах очисних установок є видалення патогенних мікроорганізмів. При повторному використанні недостатньо очищених фекальних стоків містяться в них бактерії і віруси можуть викликати кишкові захворювання (тиф, холеру і дизентерію), а також гепатит і поліомієліт.

У розчиненому вигляді в стічних водах присутні мило, синтетичні пральні порошки, дезінфікуючі засоби, відбілювачі та інші речовини побутової хімії. З житлових будинків надходить паперовий сміття, включаючи туалетний папір і дитячі підгузники, відходи рослинної й тваринної їжі. З вулиць в каналізацію стікає дощова і тала вода, часто, з піском або сіллю, використовуваними для прискорення танення снігу і льоду на проїжджій частині вулиць і тротуарах.

2. Промисловість. В індустріально розвинених країнах головним споживачем води і найкрупнішим джерелом стоків є промисловість. Промислові стоки в річки за об'ємом в 3 рази перевищують комунально-побутові.

Вода виконує різні функції, наприклад служить сировиною, обігрівачем і охолоджувачем в технологічних процесах, крім того, транспортує, сортує і промиває різні матеріали. Вода також виводить відходи на всіх стадіях виробництва – від видобутку сировини, підготовки напівфабрикатів до випуску кінцевої продукції та її розфасовки. Оскільки набагато дешевше викидати відходи різних виробничих циклів, ніж переробляти і утилізувати, з промисловими стоками скидається величезна кількість різноманітних органічних і неорганічних речовин. Більше половини стоків, що надходять у водойми, дають чотири основні галузі промисловості: целюлозно-паперова, нафтопереробна, промисловість органічного синтезу і чорна металургія (доменне і сталеливарне виробництва). Через зростаючого обсягу промислових відходів порушується екологічна рівновага багатьох озер і річок, хоча б більша частина стоків нетоксична і несмертельних для людини.

3. Теплове забруднення. Найбільш масштабне одноразове вживання води – виробництво електроенергії, де вона використовується головним чином для охолодження та конденсації пари, що виробляється турбінами теплових електростанцій. При цьому вода нагрівається в середньому на 7° С, після чого скидається безпосередньо у ріки й озера, будучи основним джерелом додаткового тепла, який називають «тепловим забрудненням». Проти вживання цього терміна є заперечення, оскільки підвищення температури води іноді приводить до сприятливих екологічних наслідків.

4. Сільське господарство. Другим основним споживачем води є сільське господарство, що використовує її для зрошення полів. Стікає з них вода насичена розчинами солей і ґрунтовими частинками, а також залишками хімічних речовин, що сприяють підвищенню врожайності. До них відносяться інсектициди; фунгіциди, які розпилюють над фруктовими садами і посівами; гербіциди, знамените засіб боротьби з бур'янами; та інші пестициди, а також органічні і неорганічні добрива, що містять азот, фосфор, калій та інші хімічні елементи.

Крім хімічних сполук, в річки потрапляє великий об'єм фекалій і інших органічних залишків з ферм, де вирощуються м'ясо-молочний велика рогата худоба, свині або домашня птиця. Багато органічних відходів також надходить в процесі переробки продукції сільського господарства (при обробленні м'ясних туш, обробці шкір, виробництві харчових продуктів та консервів і т.д.).

Інтенсивний розвиток промисловості, транспорту, перенаселення ряду регіонів планети привело до значного забруднення гідросфери. За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ) близько 80% всіх інфекційних хвороб світі пов'язано з незадовільною якістю питної води та порушеннями санітарно-гігієнічних норм водопостачання. Забруднення поверхні водойм плівками масла, жирів, мастильних матеріалів перешкоджає газообміну між водою й атмосферою, що знижує насиченість води киснем і спричиняє негативний вплив на стан фітопланктону і є причиною масової загибелі риби і птахів.

За даними ООН, у світі випускається до 1 млн. найменувань продукції, з яких 100 тис. є хімічними сполуками, в тому числі 15 тис. є потенційними токсикантами. За експертними оцінками, до 80% всіх хімічних сполук, що надходять у зовнішнє середовище, рано чи пізно потрапляють в вододжерела.

Підраховано, що щорічно в світі скидається більше 420 км³ стічних вод, які в змозі зробити непридатною до вживання близько 7 тис. км³ чистої води, що в 1,5 рази більше всього річкового стоку країн СНД.

На жаль, наука ще не в змозі дати повну картину нанесеного воді збитку. Приміром, за даними ради Національної академії наук США, токсикологи мають відносно повною інформацією про вплив на здоров'я людини лише 10% використовуваних зараз пестицидів і 18% використовуваних ліків. Щонайменше 1/3 пестицидів і ліків не проходила ніяких випробувань на токсичність.

У відношенні використовуваних хімікатів проблема ще серйозніше: 80% з них не проходили ніяких випробувань. Ця ситуація і поєднанні з почастішанням витоками, викидами та аваріями техногенного характеру потенційно небезпечна серйозною (забрудненням гідросфери планети і можливістю згубного впливу на здоров'я населення.

Найбільш інтенсивному антропогенному впливу піддаються прісні поверхневі води суши (ріки, озера, болота, ґрунтові та ґрунтові води). Хоча їх частка в загальній масі гідросфери невелика (менше 0,4%), висока активність водообміну багаторазово збільшує їх запаси. Під активною водообміну розуміється швидкість відновлення окремих водних ресурсів гідросфери, яка виражається числом років або діб, необхідних для повного відновлення водних ресурсів.

Особливо інтенсивно використовуються річкові води. Незважаючи на те, що в руслах річок міститься всього 1200 км³ води, висока активність водообміну річкових вод (1 раз в 11-14 днів) примножує їх ресурси. До цього слід додати щорічно поновлюваний корисний об'єм водосховищ світу, оцінюваний в 3200 км³.

В даний час найбільший споживач води річок і водосховищ-іригація. Використання води на сільськогосподарські потреби має найбільшу питому вагу, досягаючи 60-70% всіх ресурсів. На другому місці стоять промисловість та енергетика, на третьому – комунальне господарство міст. Особливе місце у використанні водних ресурсів займає споживання води населенням. На господарсько-питні цілі в нашій країні припадає 10% загального водоспоживання.

У водах, що зазнають теплове забруднення, часто створюються умови, що призводять до загибелі риб. Там знижується вміст кисню, так як він слабо розчиняється в теплій воді, проте потреба в кисні різко зростає, оскільки збільшуються темпи його споживання аеробними бактеріями і рибами. Додавання кислот, наприклад сірчаної, з дренажними водами з вугільних шахт також суттєво знижує здатність деяких видів риб витягати з води кисень.

2. Вплив забруднення на екологічний стан водних ресурсів.

Чиста вода прозора, безбарвна, не має запаху і смаку, населена безліччю риб, рослин і тварин. Забруднені води каламутні, з неприємним запахом, не придатні для пиття, часто містять величезну кількість бактерій і водоростей. Система самоочищення води (аерація проточною водою і осадження на дно зважених частинок) не спрацьовує через надлишок в ній антропогенних забруднювачів.

Зменшення вмісту кисню. Органічні речовини, що містяться в стічних водах, розкладаються ферментами аеробних бактерій, які поглинають розчинений у воді кисень і виділяють вуглекислий газ у міру засвоєння органічних залишків. Загальновідомими кінцевими продуктами розпаду є вуглекислий газ і вода, але можуть утворюватися і багато інших з'єднань. Наприклад, бактерії переробляють азот, що міститься у відходах, в аміак (NH₃), який, з'єднуючись з натрієм, калієм або іншими хімічними елементами, утворює солі азотної кислоти – нітрати. Сірка перетвориться в сірководневі сполуки (речовини, що містять радикал -SH або сірководень H₂S), які поступово переходять в сірку (S) або в сульфат-іон (SO^4-), також створюючий соли.

У водах, що містять фекальні маси, рослинні або тваринні залишки, що надходять з підприємств харчової промисловості, паперові волокна і залишки целюлози від підприємств целюлозно-паперової промисловості, процеси розкладання протікають практично однаково. Оскільки аеробні бактерії використовують кисень, першим результатом розпаду органічних залишків є зменшення вмісту кисню, розчиненого в приймаючих стоки водах. Воно змінюється залежно від температури, а також в деякій мірі – від солоності і тиску. Прісна вода при 20° C та інтенсивної аерації в одному літрі містить
9,2 мг розчиненого кисню. З підвищенням температури води цей показник зменшується, а при її охолодженні – збільшується. За нормативами, діючими при проектуванні муніципальних очисних споруд, для розпаду органічних речовин, що містяться в одному літрі комунальних стічних вод звичайного складу при температурі 20° С, потрібно приблизно 200 мг кисню протягом 5 днів. Це значення, зване біохімічної потребою в кисні (БПК), прийнято в якості стандарту при розрахунках кількості кисню, необхідного для очищення даного обсягу стоків. Величина БПК стічних вод підприємств шкіряної, мясообрабативающей і цукрорафінадний промисловості набагато вища, ніж комунальних стоків.

У дрібних видатках з швидкою течією, де вода інтенсивно перемішується, що надходить з атмосфери кисень компенсує виснаження його запасів, розчинених у воді. Одночасно вуглекислий газ, що утворюється при розкладанні що містяться в стічних водах речовин, випаровується в атмосферу. Таким чином скорочується термін несприятливого впливу процесів розкладання органіки. І навпаки, у водоймах зі слабкою течією, де води перемішуються повільно та ізольовані від атмосфери, неминуче зменшення вмісту кисню і зростання концентрації вуглекислого газу тягнуть за собою серйозні зміни. Коли вміст кисню зменшується до певного рівня, відбувається замор риби і починають гинути інші живі організми, що, в свою чергу, призводить до збільшення обсягу розкладається органіки.

Більша частина риб гине через отруєння промисловими і сільськогосподарськими стоками, але багато – і від нестачі у воді кисню. Риби, як і всі живі істоти, поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ. Якщо кисню у воді мало, але висока концентрація вуглекислого газу, інтенсивність їх дихання знижується (відомо, що вода при високому вмісті вугільної кислоти, тобто розчиненого в ній вуглекислого газу, стає кислою).

Контрольні питання.

1. Перерахуйте джерела забруднення природних вод. Групи забруднення стічних вод.

2. Охарактеризуйте вплив нафти, нафтопродуктів, фенолу та атомних електростанцій на стан природних вод.

3. Вплив промислових підприємств та теплового забруднення на стан природних вод.

4. Вплив діяльності сільського господарства на екологічний стан вод.

5. Надайте характеристику процесу зниження вмісту кисню у воді.

Дата добавления: 2015-07-07