Загрязнение вод

Использование водных ресурсов в гидроэнергетике

Загрязне́ние во́дных ресу́рсов — сброс или поступление иным способом загрязняющих веществ в водные объекты, а также образование в них вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных и подземных вод, что негативно влияет на состояние дна и берегов водных объектов и ограничивает их использование.

По Реймерсу, загрязнение — это привнесение в среду или возникновение в ней новых, не характерных для неё физических, химических или биологических агентов, или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня (в пределах его крайних колебаний) концентраций перечисленных агентов в среде, нередко приводящее к негативным последствиям. Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоёмах в связи со сбрасыванием в них жидких, твёрдых и газообразных веществ, которые причиняют вред или могут создать неудобства, делая воду данных водоёмов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.

Ни одна сфера антропогенной деятельности не осуществляется без воды. Её используют не только для питья, но и для обеспечения хозяйственно-бытовых и санитарно-гигиенических потребностей. В некоторых отраслях промышленности вода является сырьём, химическим реагентом, энергоносителем, средством осуществления многих технологических процессов. Её применяют в технологии транспортировки сырья, продукции и удаления отходов. Большое количество воды используется для бытовых целей: приготовления еды, мытья, водоотведения и других целей. Особенно в больших количествах используют воду в сельском хозяйстве для орошения земель. Движущаяся вода (течения, приливы и отливы) является теплоносителем и источником энергии (гидроэнергетика), средством водного транспорта и транспортирования, например, леса. Воду используют также для рекреации (от лат. recreatio — восстановление).

Источники загрязнения водных ресурсов

С развитием промышленности реки и озёра стали всё больше загрязняться выбросами недостаточно очищенных сточных вод, промышленными отходами и термическими водами гидроэлектростанций. Также загрязнение рек и озёр резко возросло вследствие смывания удобрений, пестицидов и гербицидов с сельскохозяйственных угодий, а также кислотных дождей. Загрязнение человеком, промышленными отходами, сельскохозяйственными удобрениями и пестицидами стало реальной угрозой всей гидрографической системе Земли и существованию человека.

Использование водных артерий для сплава леса

Основными источниками загрязнения и засорения водоёмов являются:

• сточные воды промышленных и коммунальных предприятий;
• отходы от разработок рудных и нерудных ископаемых;
• воды рудников, шахт, нефтепромыслов;
• отходы древесины при заготовке, обработке, сплаве лесных материалов (кора, опилки, щепа, брёвна, хворост и другие);
• выбросы водного, железнодорожного и автомобильного транспорта;
• первичная переработка льна, конопли и других технических культур;
• атмосферные осадки.

Самыми интенсивными загрязнителями поверхностных вод являются крупные бумажно-целлюлозные, химические, нефтеперерабатывающие, пищевые и текстильные предприятия, горнорудные и металлургические комбинаты, а также сельскохозяйственное производство. Сельское хозяйство — один из крупнейших потребителей и одновременно загрязнителей природных вод вследствие использования минеральных удобрений, пестицидов и других химикатов, функционирования животноводческих комплексов, орошения земель. Ежегодно только азотных удобрений вносится в почву более 50 млн тонн. Повсеместно происходит загрязнение вод пестицидами и удобрениями, опасными своей токсичностью. Соединения азота и нитраты относятся к мутагенным веществам, которые приводят к генетическим заболеваниям.

Очень опасными являются синтетические моющие средства, которые попадают в водоёмы. Незначительное их количество вызывает неприятный вкус и запах воды и образует пену и плёнку на поверхности, что затрудняет доступ кислорода и приводит к гибели водных организмов.

К особым видам загрязнения относится также зарастание водоёмов водорослями, особенно сине-зелёными. Процесс гниения водорослей вызывает заболевания и гибель рыбы.

Особенно опасными для здоровья людей являются загрязнения природных вод бытовыми стоками. Такая загрязнённая вода содержит возбудители разнообразных инфекционных заболеваний (паратиф, дизентерия, инфекционный вирусный гепатит, туляремия). Подсчитано, что на планете почти 500 млн людей болеет из-за пользования загрязнённой водой.

Типы загрязнений водных ресурсов

Загрязнение гидросферы разделяют на химическое, физическое, биологическое, радиоактивное и тепловое.

Химическое загрязнение воды

Химическое загрязнение воды происходит вследствие поступления в водоёмы со сточными водами различных вредных примесей неорганической (кислоты, минеральные соли, щёлочи) и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические соединения, поверхностно-активные вещества, моющие средства, пестициды и другие).

Большинство из них являются токсичными (ядовитыми) для обитателей водоёмов. Среди них соединения мышьяка, свинца, ртути, меди, кадмия, хрома, фтора и другие. Они поглощаются фитопланктоном и передаются далее по пищевым цепочкам более высокоорганизованным организмам, что сопровождается кумулятивным эффектом, который заключается в прогрессирующем увеличении содержания вредных соединений в каждом последующем звене пищевой цепочки. Например, в фитопланктоне содержание вредного соединения будет в 10 раз больше, чем в воде, в зоопланктоне (рачки, личинки) — повысится ещё в десять раз, в рыбе, которая питается зоопланктоном, — ещё в 10 раз. В результате в тканях хищной рыбы (щука, судак) концентрация яда может в тысячи раз превышать её концентрацию в воде, что опасно для птиц, животных и людей.

Например, было установлено, что содержание ртути в треске Балтики кое-где достигает 800 мг/кг массы. Это значит, что, съев 5 — 8 таких рыбин, человек получает столько ртути, сколько содержится в медицинском термометре. Печальную славу приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженная у людей, которые ели рыбу, выловленную японскими рыбаками в заливе Минамата, куда промышленные предприятия бесконтрольно сбрасывали стоки с ртутью.

Основными поставщиками органических веществ в сточных водах являются предприятия целлюлозно-бумажной промышленности (одно из самых «грязных» производств, созданных человеком), нефтеперерабатывающие заводы, крупные животноводческие комплексы и тому подобное. Опасность химического загрязнения проявляется в том, что многие вещества образуют устойчивые формы загрязнителей, которые с водами мигрируют на значительные расстояния, загрязняя другие сферы. Количество химических загрязнителей воды постоянно растёт. В конце ХХ века их зафиксировано уже 959 разновидностей. О вредном действии многих из них можно лишь догадываться, поскольку они имеют пролонгированное воздействие, то есть их действие проявляется в последующих поколениях живых существ и заключается в появлении вредных мутаций, генетических расстройствах и тому подобном.

Физическое загрязнение воды

Физическое (диффузное) загрязнения водного объекта

Физическое загрязнение воды связано с изменением её физических свойств — прозрачности, содержания суспензий и других нерастворимых примесей, радиоактивности и температуры.

Суспензии (песок, ил, глинистые частицы) попадают в водоёмы главным образом за счёт поверхностного смыва дождевыми водами с сельскохозяйственных полей, особенно тогда, когда распахиваются водозащитные полосы вдоль рек и пахотные участки приближаются к самому урезу воды. Многие суспензии попадают в водотоки с действующих предприятий горнорудной и добывающей промышленности, таких, как промывочные установки, драги и тому подобное. Пыль поступает в водоёмы также с сильными ветрами, особенно в сухую погоду. Твёрдые частицы резко снижают прозрачность воды, подавляя процессы фотосинтеза водяных растений, забивают жабры рыб и других водных животных, ухудшают вкусовые качества воды. Особую опасность для всего живого представляют радиоактивные примеси, попадающие в водоёмы благодаря выбросам АЭС (особенно во время аварий), с частицами золы от работающих ТЭС и тому подобное.

Тепловое загрязнение водоёмов

Последствия теплового загрязнения водного источника (заиливание, эвтрофикация водоёма)

Тепловое загрязнение водоёмов является особым видом загрязнения гидросферы. Оно вызвано со спуском в водоёмы тёплых вод от различных энергетических установок. Огромное количество тепла, поступающего с нагретыми водами в реки и озёра, существенно меняет их термический и биологический режимы. Среди тепловых загрязнителей гидросферы первое место занимают АЭС.

В реках, которые расположены ниже действующих ТЭС и АЭС, нарушаются условия нереста рыб, погибает зоопланктон, рыбы поражаются болезнями и паразитами. АЭС сбрасывают в водоёмы воду, нагретую до 45 °С.

Учёные-гидробиологи установили такую характерную последовательность действия повышенных температур на обитателей озёр и искусственных водоёмов:

• до 26 °С — вредного воздействия не наблюдается;
• 26 — 30 °С — угнетение жизнедеятельности рыб;
• более 30 °С — вредное действие на биоценозы;
• 34 — 36 °С — гибнет рыба и некоторые виды других организмов.

Радиоактивное загрязнение водных ресурсов

Радиоактивное загрязнение природных водоёмов — процесс попадания в них радионуклидов, которые могут оказывать на живые организмы негативное влияние, вызывая соматический и мутагенный эффекты. Радиоактивное загрязнение бывает природного и техногенного происхождения. Природное загрязнение водных объектов, в основном, обусловлено наличием радона.

Источниками радиоактивного загрязнения водоёмов являются предприятия атомной энергетики, военно-промышленный комплекса, предприятия, которые в технологическом цикле используют ионизирующие излучения. До 250 радиоактивных нуклидов техногенного происхождения попадают в окружающую среду в результате работы ядерных установок.

Биологическое загрязнение воды

Сточные коммунально-бытовые воды (пример биологического загрязнения)

Биологическое загрязнение водной среды заключается в поступлении в водоёмы со сточными водами различных видов микроорганизмов, растений и животных (вирусы, бактерии, грибки, простейшие, черви), которых раньше здесь не было. Многие из них являются болезнетворными для людей, животных и растений.

Среди биологических загрязнителей первое место занимают коммунально-бытовые стоки, особенно когда они поступают в водоёмы без очистки. Однако, даже при наличии очистных сооружений некоторое количество вирусов, бактерий и других микроорганизмов не задерживается фильтрами и попадает в водоёмы. Промышленными биологическими загрязнителями являются предприятия кожевенной промышленности, мясокомбинаты, сахарные заводы.

Особую остроту биологическое загрязнение водоёмов приобретает в местах массового отдыха людей (рекреационные и курортные зоны побережья морей и озёр). Из-за плохого состояния канализационных и очистных сооружений городов на побережье Чёрного и Азовского морей неоднократно закрывались пляжи, потому что в морской воде были обнаружены возбудители таких опасных болезней, как вирусный гепатит, дизентерия, холера и тому подобное.

Последствия загрязнения воды

В результате интенсивного использования человечеством водных ресурсов происходят значительные количественные и качественные изменения в гидросфере. Количественные изменения заключаются в том, что в определённых районах изменяются количество воды, пригодной для хозяйственных нужд, водный баланс, режим вод. Качественные изменения обусловлены тем, что большинство рек и озёр являются не только источниками водоснабжения, но и теми бассейнами, куда сбрасывают промышленные, сельскохозяйственные и хозяйственно-бытовые стоки. Это привело к тому, что ныне на Земле уже практически не осталось крупных речных систем с гидрологическим режимом и химическим составом воды, не искажённых деятельностью людей.

В последнее время большой вред природным водам наносят кислотные дожди. Чем чаще выпадают кислотные дожди и чем большую концентрацию кислот они содержат, тем быстрее уменьшается количество и видовой состав живых существ в водоёмах, исчезает планктон и бактерии. С донных остатков начинается выщелачивание ядовитых металлов: алюминия, кадмия, ртути, свинца, олова и других.

Гибель рыбы в загрязнённых водоёмах

Вследствие этого много рыбы погибает, далее развиваются организмы, угнетающие остальную растительность. С последующим ростом концентрации кислоты вымирают пресноводные, а в воде отсутствуют даже микроорганизмы. Имеются только анаэробные бактерии, выделяющие углекислый газ, метан, сероводород.

К серьёзным последствиям приводит загрязнение вод тяжёлыми металлами, накапливание их в морской и речной рыбе, в растениях, выращиваемых на такой воде. Данный процесс приводит к попаданию этих опасных элементов в организм человека, что может привести даже к летальному исходу.

Последствия неконтролируемой сельскохозяйственной и промышленной деятельности, добычи нефти и жизнедеятельности человека

Пагубно влияют на состояние водоёмов сточные воды, содержащие растворённые органические вещества или суспензии органического происхождения. Большинство этих веществ способствует снижению содержания кислорода в воде. Оседая на дно водоёмов, органические суспензии заиливают его и задерживают или полностью прекращают жизнедеятельность донных микроорганизмов, участвующих в самоочищении. Во время гниения донных осадков, загрязнённых органическими соединениями, образуются вредные и ядовитые соединения, в частности сероводород, загрязняющий всю воду в реке или озере. Особый вред наносят нефть и нефтепродукты, которые образуют на поверхности воды плёнку, препятствующую газообмену между водой и атмосферой и снижающую содержание кислорода в воде.

Большое количество органических соединений, которых раньше не было в природе, содержат стоки химических предприятий. Многие из этих веществ биологически активны, очень устойчивы и трудно удаляются из стоков. В последнее время особое место среди них занимают синтетические моющие средства — детергенты. Большинство из них содержат фосфор. Рост количества фосфатов в реках, озёрах и морях вызывает интенсивное развитие сине-зелёных водорослей, «цветение» водоёмов, сопровождающееся резким снижением содержания в воде кислорода, «заморами» рыб, гибелью других водных животных. Детергенты также чрезвычайно затрудняют работу канализационных сооружений, замедляя процессы коагуляции во время очистки сточных вод.

Поэтому и возникла на проблема охраны водных ресурсов от загрязнения. Водные ресурсы являются возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом, управление их использованием и охраной относится к числу важнейших государственных задач, а вопросы рационального использования водных ресурсов, водообеспечения территорий и охраны вод приобретают характер серьёзной глобальной проблемы для каждого государства. Для этого учёными вместе с экологами разрабатываются схемы комплексного использования и охраны вод.