Источники и виды загрязнения гидросферы

Вода – одно из наиболее важных веществ на Земле, от которого зависит состояние животного и растительного мира. Это самая распространенная неорганическая составляющая живой материи. У человека вода составляет 63% массы тела, у грибов – 80%, у медуз – 98%, в растениях содержится до 95% воды. Семена растений, в которых содержание воды не превышает 10%, представляют собой формы замедленной жизни. Она входит в состав клеток и тканей и необходима для всех реакций в животных и растительных организмах. Вода является средой органической жизни, потребляется непосредственно человеком и широко используется в народном хозяйстве (промышленности, сельском и коммунальном хозяйствах), является источником дешевой электроэнергии (гидроэлектростанции) и во многом определяет климат и погоду, а сток рек изменяет рельеф земной поверхности. Почти 3/4 нашей планеты покрыто морями и океанами и в них сосредоточено около 97 % всей воды на Земле; 2 % воды находится в виде снега и льдов Антарктики и Арктики и лишь 0, 01 %—это пресные воды рек, озер и прудов. Вся гидросфера земного шара имеет объем 1 млрд. 345 млн. км3 и при этом большое количество воды постоянно циркулирует над поверхностью земли; под влиянием солнечной радиации она испаряется и затем опять конденсируется и возвращается в виде снега и дождя.

Анализ водных ресурсов Земли показал, что в связи с непрерывным увеличением потребления возрастает угроза их истощения и вода становится дефицитом. Так, уже сегодня недостаток пресной воды испытывает 60 % населения земного шара и она — предмет экспорта в ФРГ, Алжире, США и других странах (на покупку воды США расходуют 700 млн. долларов в год).

На недостатке пресной воды, особенно сказывается загрязнение водоемов сточными водами промышленных предприятий, коммунальным и сельским хозяйствами, т. е. водами, отводимыми после их использования в бытовой и производственной деятельности человека. Установлено, что при суточном потреблении городом 600 тыс. м3 воды он дает порядка 500 тыс. м3 сточных вод.

Основная масса воды в промышленности расходуется при технологических процессах (растворение, смешивание, очищение и др.), для производства энергии и в целях охлаждения. Так, для выплавки 1 т чугуна и переработки его в сталь и прокат расходуется 50...150 м3 воды, на производство 1 т меди—500м3, 1 т пластмасс—до 1000 м3, 1 т синтетического каучука и искусственных тканей — от 2000 до 3000 м3 и 1 т никеля свыше 4000 м3 воды. Кроме роста народонаселения и развития промышленности причиной дефицита воды является нерегулируемая вырубка лесов и главным образом загрязнение водоемов вследствие неразумного отношения к охране водных ресурсов; по подсчетам ученых ресурсы пресной воды могут быть исчерпаны уже в следующем столетии. Отсюда и большое внимание, уделяемое в нашей стране рациональному, комплексному использованию водных ресурсов, что определено «Водным кодексом». В решении «водной проблемы» изучалась переброска части стока северных рек (Печоры, Северной Двины и Онеги), Онежского и Ладожского озер и сибирских рек (Енисея, Оби и Иртыша) в бассейны Волги. Эти мероприятия огромны по своим масштабам и тщательно анализируются.

Масштабы загрязнения гидросферы непрерывно возрастают и в большинстве стран Западной Европы и США они приняли угрожающие размеры, так как уже сегодня сильно загрязнены все крупные реки. Например, в Англии 90 % населения используют воду, не отвечающую санитарным требованиям по бактериальным и химическим показателям, и особенно загрязнена р. Темза, в которую сбрасываются все стоки Лондона. В водах р. Рейн (ФРГ) в результате сброса неочищенных стоков обнаружено около 60 тыс. различных соединений и к ним ежегодно добавляется 150...200 новых. Особенно загрязнена р. Потомак, на которой расположена столица США — г. Вашингтон; на ее дне слой отбросов, сложившихся от сточных вод, поступающих в реку, достигает трех метров.

В настоящее время только на промышленные и хозяйственно-бытовые нужды в мире требуется 150 км3 чистой воды в год (т. е. 0, 5 % всего речного стока планеты), но с учетом закона водопотребления необходимо отбирать 600 км3 воды и разница — 450 км3 — это возвратные воды, которые ежегодно направляются в реки и водоемы и даже после биологической очистки в целях обезвреживания они должны опять разбавляться чистой водой. Эта норма разбавления часто бывает очень велика; например, для стоков при производстве синтетических волокон кратность разбавления равна 1: 185 и, таким образом, на обезвреживание сточных вод в мире ежегодно расходуется не 150, а 5500 км3 чистой воды, что составляет уже 30 % мирового речного стока, т. е. в 3 раза больше, чем на удовлетворение всех остальных потребностей в чистой воде.

Таким образом, дефицит пресной воды является следствием не безвозвратного ее потребления, а ввиду все возрастающего загрязнения природных вод промышленными и хозяйственно-бытовыми стоками, а также необходимостью их многократного разбавления.

Наиболее загрязнены сточные воды отходами нефтеперерабатывающей, металлургической, нефтехимической, химической, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности, а также отходами сельского хозяйства (животноводства, птицеводства и предприятий, перерабатывающих их продукцию); большой вред природе наносит при этом неправильное использование удобрений и пестицидов.

Состав сточных вод весьма разнообразен и зависит от характера использования воды, т. е. от вида загрязнений, которые в нее поступают. Наиболее вредными являются стоки химических производств (реакционные и маточные растворы), горнодобывающих и обогатительных предприятий, сточные воды, образующиеся при удалении золы и эксплуатации нефтеналивных судов, цистерн и других аналогичных емкостей, а также так называемые промывные воды (следствие промывки продукции, очистки газовых смесей и т. п.), от ливневых потоков в городах и др.

Многие сточные воды сбрасываются в природные водоемы с повышенной температурой (в частности, сбросы тепловых электростанций) и создают тепловое загрязнение, что повышает накопление органических веществ и нарушает их нормальный биологический ритм.

Один из наиболее распространенных видов загрязнении водоемов—синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые обычно содержатся в составе синтетических моющих средств (CMC). Трудность очистки воды от этих веществ привела к тому, что они в ряде случаев присутствуют даже в питьевой воде водопроводов. ПАВ ухудшают способность водоемов к самоочистке и качество воды, а также усиливают неблагоприятное действие других веществ. В водоисточники ПАВ и CMC поступают в стоках бань, прачечных и предприятий, использующих их в своем про­изводстве, с поверхностным стоком с сельскохозяйственных полей (когда ПАВ используются для эмульгирования пестицидов), а также как составная часть сточных вод предприятий-изготовителей CMC.

В загрязнении вод стоками, содержащими ПАВ и CMC, наиболее значительную долю вносят предприятия легкой промышленности (текстильные, меховые и др.), а также производства, где они применяются для интенсификации технологических процессов: флотация (при обогащении руд), разделение продуктов химической технологии, бурение нефтяных и газовых скважин, дегазация угольных и заводнение нефтяных пластов, борьба с коррозией и др.

Распространенными химическими загрязнителями водоемов (кроме ПАВ и CMC) являются и пестициды, которые поступают с дождевыми и талыми водами, при авиа -. и наземной обработке лесов и полей, с дренажно-коллекторными водами рисовых и хлопковых плантаций и др.

Отдельным, весьма опасным для жизни водоемов и здоровья людей, видом является радиоактивное загрязнение. Обычно оно возникает вследствие испытаний ядерного оружия под водой, захоронения радиоактивных отходов в глубинах океана, а также при нарушениях эксплуатационного режима заводов по очистке урановой руды и переработке ядерного горючего для атомных реакторов и атомных электростанций.

Анализ показывает, что основная масса стоков содержит три вида загрязнений:

минеральные (песок, глинистые и рудные включения, шлак, растворы минеральных солей, кислот и щелочей, масла и др.);

растительного (остатки плодов и т. п.) и животного (клеевые вещества) происхождения (основным химическим веществом в них является углерод);

бактериальные и биологические (чаще всего они характерны для сточных вод боен, биофабрик и коммунального хозяйства, содержащих микроорганизмы и бактерии, а также дрожжевые и плесневые грибки).

Обычно все сточные воды разделяются на четыре группы:

1) хозяйственно-бытовые стоки (воды от кухонь, столовых, общественных зданий, больниц и т. п.);

2) стоки промышленных предприятий, которые разделяют на загрязненные и условно-чистые (к последним относят, например, сточные воды, которые были использованы для охлаждения тепловых машин);

3) стоки сельскохозяйственного производства, содержащие ядохимикаты и химические удобрения;

4) атмосферные стоки, которые стекают с промышленных площадок предприятий при атмосферных осадках (дождь, таяние снега, ливень).