Воздействие технических источников загрязнения на состояние гидросферы и здоровье населения урбанизированных территорий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“МАТИ” - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО

Кафедра «Промышленная экология и безопасность производства»

Курсовая работа

по дисциплине: Науки о Земле

Тема: Воздействие технических источников загрязнения на состояние гидросферы и здоровье населения урбанизированных территорий

Студент:

Руководитель:

Москва

2013 г.

Содержание

Введение

Глава 1. Гидросфера и её характеристики. Круговорот воды в природе

Глава 2. Антропогенные воздействия на гидросферу

2.1 Промышленность и источники загрязнения

2.2 Виды отходов

2.3 Очистка вод. Самоочищение воды

2.4 Воздействие загрязнений на живые существа

2.5 Состояние водных объектов в Москве, Нижнем Новгороде

Заключение

Литература

Введение

Вода - одно из самых удивительных веществ на нашей планете. Мы можем видеть её в твёрдом (снег, лёд), жидком (реки, моря) и газообразном (пары воды в атмосфере) состояниях. В современном мире вода - один из важнейших факторов, определяющих размещение производственных сил, а очень часто и средство производства. Важность воды и гидросферы - водной оболочки Земли, невозможно переоценить. Именно сейчас, когда темпы роста водопотребления огромны, когда некоторые страны уже испытывают острый дефицит пресной воды, особенно остро стоит вопрос истощения запасов и загрязнение пресных вод. Все возрастающий дефицит пресной воды связан в первую очередь с загрязнением водоемов промышленными и бытовыми отходами. Наиболее распространенными загрязнителями являются нефть и нефтепродукты, попадающими в водную среду при добыче и транспортировке, а также различные токсичные, вредные вещества, применяемые повсеместно в промышленности и быту, загрязняющие сточные воды. Подобная атака со стороны человека подрывает экологию нашей планеты и ведет к неизбежному в будущем недостатку пресной воды.

Качество воды играет решающую роль в развитии биосферы и при использовании ее населением для любых целей. Люди тысячелетиями использовали реки, озера, моря для сброса в них загрязненных сточных вод, и до начала 20 в. это практически повсеместно не вызывало особого беспокойства. Солнце, воздух, микроорганизмы и растворенный в воде кислород обеспечивали самоочищение водных объектов. Однако рост городов, бурное развитие промышленности, особенно химической, энергетики, а также водного транспорта, увеличение добычи полезных ископаемых, площадей орошаемых земель с каждым годом приводили ко все большему загрязнению вод, ставшему угрожающим для жизни человека.

Загрязненными оказались не только небольшие ручьи, речки и озера, но и моря, и даже океаны. За последние сто лет существенно расширился к тому же спектр веществ, загрязняющих воды.

Иллюзия неисчерпаемости водных ресурсов на Земле исчезла уже при жизни нынешнего поколения людей. Количество стоков, спускаемых в реки и озера, во многих районах мира выросло настолько, что, обладая само очищающей способностью, водоемы и водотоки уже не смогли восстанавливать нарушенное равновесие в них. За 30-40 лет в сточные канавы превратились реки Рейн, Темза, Сена, Северн, Тибр, Миссисипи, Огайо, Потомак, озеро Эри. В угрожающем положении оказались наши Волга, Амур, некоторые озера. Когда пленки нефтяного загрязнения, распространявшиеся от берегов Западной Европы и Северной Америки, сомкнулись в северной части Атлантического океана, стало ясно, что дальнейшее промедление грозит человечеству гибелью.

Таким образом, в данной работе я ставлю своей целью: изучение гидросферы и технических источников её загрязнения, влияющих как на гидросферу, так и состояние животных и человека, исследование состояний вод в некоторых областях и городах, используя их как пример для рассмотрения конкретных случаев, поиск путей борьбы с загрязнениями и изучение возможностей их предотвращения.

Глава 1. Гидросфера

загрязнение гидросфера отходы промышленность

Гидросфера (от гидро... и сфера), прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твёрдой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод суши. В более широком смысле в состав гидросферы включают также подземные воды, лёд и снег Арктики и Антарктики, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. Основная масса воды гидросферы сосредоточена в морях и океанах, второе место по объёму водных масс занимают подземные воды, третье -- лёд и снег арктических и антарктических областей. Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объёма воды гидросферы (см. табл. 1).

Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни нашей планеты, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Воды гидросферы находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой. Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре.

Полное обновление вод происходит по-разному. Воды в полярных ледниках возобновляются за 8 тысяч лет, подземные воды -- за 5 тысяч лет, озера -- за 300 дней, реки -- за 12 дней, водяной пар в атмосфере -- за 9 дней, а воды Мирового океана -- за 3 тысячи лет.[10]

Велика роль гидросферы в поддержании относительно неизменного климата на планете, поскольку она, с одной стороны, выступает как аккумулятор тепла, обеспечивая постоянство средней планетарной температуры атмосферы, а с другой - за счет фитопланктона продуцирует почти половину всего кислорода атмосферы.

Водная среда используется для лова рыбы и других морепродуктов, сбора растений, добычи подводных залежей руды (марганца, никеля, кобальта) и нефти, перевозки грузов и пассажиров. В производственной и хозяйственной деятельности человек применяет воду для очистки, мытья, охлаждения оборудования и материалов, полива растений, гидротранспортировки, обеспечения специфических процессов, например выработки электроэнергии и т.п.

За геологическую историю в гидросфере происходили значительные изменения, однако известно о них мало. Подсчитано, что в ледниковые периоды резко возрастало количество льда, и за счет этого происходило уменьшение объема и понижение уровня Мирового океана на десятки метров. В настоящее время гидросфера охвачена невиданными по скорости и размерам преобразованиями, связанными с технической деятельностью человека. Ежегодно используется около 5 тысяч км3 воды, а загрязняется в 10 раз больше. Некоторые страны начали испытывать нехватку пресной воды. Это не означает, что ее на Земле мало: просто человек еще не научился ее рационально использовать.[7]

Гидросфера взаимодействует с литосферой. Об этом свидетельствуют эрозионные и аккумулятивные процессы, связанные с работой воды. Взаимодействует гидросфера и с атмосферой: облака состоят из паров воды, испарившихся с поверхности морей и океанов. Гидросфера также взаимодействует и с биосферой, так как живые существа, населяющие биосферу, не могут жить без воды. Взаимодействуя с различными оболочками планеты, гидросфера выступает, в свою очередь, как часть целостной природы земной поверхности.[11]

Основными физическими свойствами водной среды являются ее плотность (в 800 раз выше плотности воздуха) и вязкость (выше воздушной в 55 раз).

Кроме того, вода характеризуется подвижностью в пространстве, что способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических характеристик.

Водные объекты характеризуются температурной стратификацией, т.е. изменением температуры воды по глубине. Температурный режим имеет существенные суточные, сезонные, годовые колебания, но в целом динамика колебаний температуры воды меньше, чем воздуха.

Световой режим воды под поверхностью определяется ее прозрачностью (мутностью). От этих свойств зависит фотосинтез бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и накопление органического вещества, которое возможно лишь в пределах эвфотической зоны, т.е. в том слое, где процессы синтеза преобладают над процессами дыхания.

Мутность и прозрачность зависят от содержания в воде взвешенных веществ органического и минерального происхождения.

Из наиболее значимых для живых организмов абиотических факторов в водных объектах следует отметить соленость воды -- содержание в ней растворенных карбонатов, сульфатов, хлоридов. В пресных водах их мало, причем преобладают карбонаты (до 80%). В океанической воде преобладают хлориды и отчасти сульфаты. В морской воде растворены практически все элементы периодической системы, включая металлы.

Другая характеристика химических свойств воды связана с присутствием в ней растворенного кислорода и диоксида углерода. Особенно важен кислород, идущий на дыхание водных организмов.

Жизнедеятельность и распространение организмов в воде зависят от концентрации ионов водорода (рН). Все обитатели воды -- гидробионты приспособились к определенному уровню рН: одни предпочитают кислую, другие -- щелочную, третьи -- нейтральную среду.

Изменение этих характеристик, прежде всего в результате промышленного воздействия, ведет к гибели гидробионтов или к замещению одних видов другими.

Вся живая природа не может обойтись без воды, которая присутствует во всех процессах обмена веществ. Все вещества, поглощаемые растениями из почвы, поступают в них только в растворённом состоянии. Вообще вода - инертный растворитель, то есть растворитель, который не изменяется под воздействием веществ, которые растворяет. Именно в воде когда-то зародилась жизнь на нашей планете. Благодаря мировому океану происходит терморегуляция на нашей планете.

Вода обладает большим поверхностным натяжением, поэтому дождевые капли очень упруги и успешно разрушают горные породы.

Благодаря особенностям молекулярного строения вода хорошо растворяет различные химические соединения.

Жизнь на Земле зародилась благодаря тому, что на ней появилась вода -- удивительное вещество, обладающее аномальными химическими и физическими свойствами. Молекулы воды необычайно сильно притягиваются друг к другу, примерно в 10 раз сильнее, чем молекулы других жидкостей. Поэтому при нормальном атмосферном давлении вода кипит при 100 °С и плавится при 0 °С. Если сравнить воду -- оксид водорода -- с другими веществами, представляющими собой соединения водорода с элементами, находящимися в периодической таблице Менделеева в одном ряду с кислородом, -- теллуром, селеном и серой, то окажется, что температура замерзания и кипения воды необычно высока. Следовало ожидать, что лёд должен был бы таять при --90 °С, а вода кипеть при --70 °С. При этом все льды на Земле расплавились бы, а океаны и моря -- выкипели. Нормальным в условиях нашей планеты стало бы только газообразное состояние воды. [10]

Гидросфера - важнейший источник питьевого снабжения населения, а также незаменимый ресурс сельскохозяйственного и промышленного производства, источник минеральных ресурсов, источник биологических ресурсов, источник энергетических ресурсов.

Таблица 1. Виды вод гидросферы [13]

Круговорот воды в природе - это непрерывное движение воды из гидросферы и с земной поверхности в атмосферу, и обратно. Движение обеспечивается четырьмя процессами: испарением, конденсацией, выпадением осадков и стоком вод. Выпавшие осадки частично снова испаряются и конденсируются, частично пополняют водоемы (или создают новые), а частично уходят под землю, образуя грунтовые воды.

Существует Большой круговорот воды в природе и еще два малых круговорота воды - океанический и континентальный. Большой круговорот воды в природе иначе называют Мировым. Над океаном собираются осадки, ветры несут их на континенты, там они выпадают и со стоком вновь возвращаются в океан. Так природа превращает соленую воду в пресную. Малый океанический круговорот происходит над океаном - он заключается в непрерывном испарении воды, конденсации, образовании осадков и выпадении их обратно в океан. Континентальный круговорот воды происходит точно так же, только над поверхностью суши. Кстати, океан теряет в процессе круговорота больше воды, нежели получает с осадками. А на суше ситуация обратная - воды выпадает намного больше, чем испаряется. Вся вода, когда-либо выпавшая на сушу в виде осадков, рано или поздно вернется в океан.

Рис.1 Круговорот воды в природе

Как известно, наша Земля на три четверти покрыта водой. И большая часть этой воды - соленая. Существует три агрегатных состояния, в которых может находиться вода: жидкое, твердое и газообразное. От того, в каком из состояний пребывает вода, зависит скорость ее движения, а, следовательно, время, через которое совершается круговорот воды в природе. Пар быстро переносится ветром, конденсируется и выпадает в виде осадков. Вода, чтобы проделать этот путь, должна сначала испариться. А лед - еще и растаять.

Поэтому круговорот воды в природе в разных местах происходит с разной скоростью. Быстрее всего вода обновляется внутри живых организмов. Чтобы восстановить запас чистой воды внутри себя, человеку понадобится всего несколько часов. Печень и почки оперативно справляются с этой задачей. Поэтому можно сказать, что самый быстрый круговорот воды в природе происходит внутри ее ходящий, летающих и плавающих составляющих. А вот ледники полярных стран полностью обновляются лишь один раз в 9700 лет. Вода, содержащаяся в почве, очищается каждый год, а та, что в облаках - раз в восемь дней. Горный ледник полностью обновит свой состав за 1600 лет. Весь Мировой океан способен полностью очиститься за 2700 лет. Это очень долго. Поэтому следует понимать - чем больше мы загрязняем воду промышленными стоками, тем скорее рискуем столкнуться с тотальным дефицитом чистой пресной воды. Круговорот воды в природе сам не может справиться с темпами загрязнения планеты. [11]

Таблица 2. Скорость обновления воды

Глава 2. Антропогенное воздействие на гидросферу техногенными источниками загрязнения

2.1 Промышленность и источники загрязнения

Основой водных ресурсов России является речной сток, составляющий в среднем по водности года 4262 км3, из которых 90% приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен её основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% общегодового объёма речного стока.

Увеличения расходования воды промышленностью связано не только с быстрым ростом последней, но и с ростом водоёмкости производства, то есть увеличение расхода воды на единицу продукции. Так на производство 1 тонны хлопчатобумажной ткани фабрики расходуют около 250 м3 воды, а на производство 1 тонны синтетического волокна - 2590 - 5000 м3. Много воды требуется химической промышленности и цветной металлургии: на производство 1 т аммиака затрачивается 1000 м3 воды, синтетического каучука - 2000 м3, никеля - 4000 м3. Для сравнения: на выплавку 1 т чугуна тратится 180 - 200 м3 воды.

Использование воды для хозяйственных целей - одно из звеньев круговорота воды в природе. Но антропогенное звено круговорота отличается от естественного тем, что в процессе испарения лишь небольшая часть использованной человеком воды возвращается в атмосферу опреснённой. Другая часть (около 90%) сбрасывается в реки и водоёмы в виде сточных вод, загрязнённых отходами производства. Большое значение имеет удовлетворение потребностей населения в питьевой воде в местах его проживания через централизованные (приоритетно) или нецентрализованные системы питьевого водоснабжения. Источниками централизованного водоснабжения являются поверхностные воды, доля которых в общем объёме водозабора составляет 68%, и подземные воды - 32%. В сельской местности преобладает использование в питьевых целях сооружений и устройств систем децентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Вода из колодцев, родников и других источников децентрализованного водоснабжения не защищена от загрязнения и поэтому представляют высокую эпидемиологическую опасность.

Практически все поверхностные источники водоснабжения в последние годы подвергаются воздействию вредных антропогенных загрязнений, особенно такие реки, как Волга, Дон, Северная Двина, Урал, Уфа, Тобол, Томь, а также другие реки Сибири и Дальнего Востока. 70% поверхностных вод и 30% подземных потеряли питьевое значение и перешли в категории загрязнённости - «условно чистая» и «грязная». Практически 70% населения Российской Федерации употребляет воду, не соответствующую ГОСТу «Вода питьевая». Особенно тяжёлое положение с загрязнением поверхностных водоисточников сложилось в Астраханской, Кемеровской, Калининградской, Томской, Тюменской, Ярославской областях, Приморском крае. Возрастает загрязнение подземных вод, используемых для водоснабжения, в том числе нефтепродуктами, тяжёлыми металлами, пестицидами и другими вредными веществами, которые поступают в водоносные горизонты со сточными водами.

Наиболее распространенным, повсеместным и опасным загрязнителем воды стали нефтепродукты. Этому способствует широкое использование нефти и нефтепродуктов в различных отраслях хозяйства, добыча нефти в прибрежных районах и на шельфах внутренних морей, потери при ее транспортировке. Попав в водоем,1 т. нефти растекается по его поверхности на площади 12 км2. Особенно сильные бедствия происходят во время аварий при добыче и транспортировке нефти. Даже незначительное содержание ее /0,2-0,4 мг/л/придает воде специфический запах, который в течение долгого времени не удается устранить никакими способами. В сточных водах химических предприятий находится много фенолов, которые не только придают воде резкий неприятный запах, но и нарушают биологические процессы в водоемах. Стоки многих предприятий, а также шахтные и рудничные воды содержат значительные количества цинка и меди.

Появившиеся в последние десятилетия в сточных водах синтетические поверхностно-активные вещества резко ухудшают биохимическую очистительную способность воды. Даже относительно небольшие концентрации их ведут к прекращению роста водной растительности, неприятному запаху, иногда образуют стойкие скопления пены.

Тепловые и атомные электростанции, потребляющие огромные количества воды и сбрасывающие в водоемы подогретые воды, ведут к тепловому загрязнению водоемов, нарушают их термический, гидрохимический и гидробиологический режимы. Ежегодно в атмосферу Земли с промышленными выбросами поступает более 50 млн. т. оксидов азота, 200 млн. т. оксида углерода, около 150 млн. т. диоксида серы, 200-250 млн. т. пыли и 120 млн. т. золы. Воздушные потоки перемещают твердые частицы на большие или меньшие расстояния, а по пути они нередко выпадают непосредственно на водную поверхность. Газообразные выбросы, растворяясь в атмосферной влаге, выпадают на поверхность Земли и водных объектов в виде кислотных дождей иногда на расстоянии многих сотен км. от места их зарождения.

По количеству сбрасываемых в водные объекты стоков на первом месте пока стоит промышленность. В перспективе при повышении культуры производства и по мере роста благоустройства населенных пунктов и их числа существенно возрастет количество бытовых сточных вод, и их соотношение с промышленными стоками может измениться.

В некоторых районах водные объекты загрязняются при добыче полезных ископаемых. За последние десятилетия существенным источником загрязнения реки водоемов стала рекреация, особенно такие ее виды, как массовое купание и прогулки на маломерных судах. Загрязнение водосборной площади, закачка промышленных стоков в подземные горизонты, фильтрация и утечка вод из различных отстойников и накопителей приводят к загрязнению и подземных вод. Среди них в наибольшей степени страдают от загрязнения грунтовые воды, поскольку артезианские водные горизонты, перекрытые водоупорными породами, находятся в более благоприятных условиях. Отмечается как бактериальное, так и химическое загрязнение подземных вод. Основные источники их бактериального загрязнения - поля ассенизации и фильтрации, скотные дворы, выгребные ямы, неисправные канализационные сети. В случае перекрытия источника загрязнения самоочищение бактериально - загрязненных вод происходит быстро. Самоочищение же подземных вод от химических загрязнителей, особенно от нефтепродуктов и детергентов, происходит очень медленно, и загрязняющие вещества перемещаются по водоносным пластам на большие расстояния.[5]

Проникновение загрязняющих веществ в круговорот воды

Три важных стадии круговорота воды: испарение (А), конденсация (Б) и атмосферные осадки (В). Если в него вовлечено слишком много природных или искусственных загрязняющих веществ из перечисленных ниже источников, естественная система не справляется с очисткой воды. 1. Радиоактивные частицы, пыль и газы поступают из атмосферы вместе со снегом, выпадающим и накапливающимся в высокогорьях. 2. Талые ледниковые воды с растворенными загрязняющими веществами стекают вниз с высокогорий, формируя истоки рек, которые на своем пути к морю увлекают частицы грунта и горных пород, размывая поверхности, по которым они текут. 3. Воды, дренирующие горные выработки, содержат кислоты и другие неорганические вещества. 4. Вырубка лесов способствует развитию эрозии. Многие загрязняющие вещества сбрасываются в реки предприятиями целлюлозно-бумажной промышленности, на которых обрабатывается древесина. 5. Дождевые воды вымывают химические вещества из почвы и разлагающихся растений, транспортируют их в грунтовые воды, а также смывают со склонов в реки почвенно-грунтовые частицы. 6. Промышленные газы попадают в атмосферу, а оттуда вместе с дождем или снегом - на землю. Промышленные стоки поступают непосредственно в реки. В зависимости от отрасли промышленности сильно различается состав газов и сточных вод. 7. Органические инсектициды, фунгициды, гербициды и удобрения, растворенные в водах, дренирующих сельскохозяйственные угодья, поступают в реки. 8. Опыливание полей пестицидами загрязняет воздушную и водную среду. 9. Коровий навоз и другие остатки животного происхождения - основные загрязнители мест больших скоплений животных на пастбищах и скотных дворах. 10. При откачке пресных грунтовых вод может произойти засоление в результате подтягивания к их зеркалу минерализованных вод из эстуариев и морских бассейнов. 11. Метан продуцируется бактериями как в естественных болотах, так и в стоячих водоемах при избытке органических загрязнителей антропогенного генезиса. 12. Тепловое загрязнение рек происходит из-за поступления от электростанций нагретых вод. 13. Города являются источниками разных отходов, включая как органические, так и неорганические. 14. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания - основные источники загрязнения воздушной среды. Углеводороды адсорбируются содержащейся в воздухе влагой. 15. Крупные предметы и частицы удаляются из коммунально-бытовых сточных вод на станциях предварительной очистки, органика - на станциях вторичной очистки. От многих веществ, поступающих с промышленными стоками, невозможно избавиться. 16. Разливы нефти от морских нефтяных скважин и из танкеров загрязняют воды и пляжи.[12]

2.2 Виды отходов

Химическое загрязнение-изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностно-активные вещества).

Неорганическое загрязнение.

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в таблице 3.

Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным источникам инфекции водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5.

Таблица 3

Степень токсичности (примечание):

- - отсутствует, + - очень слабая, ++ - слабая , +++ - сильная ,++++ - очень сильная

Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн. т солей. К 2000 году возможно увеличение их массы до 12 млн. т/год.

Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.

Синтетические поверхностно-активные вещества.

Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскую среду. СМС содержат плифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода, силикаты натрия. В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионоактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионоактивные вещества. На их долю приходится около 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов.

Соединения с канцерогенными свойствами.

Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организмах. В зависимости от условий воздействия они могут приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов. Максимальное количество ПАУ в современных донных осадках Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества) обнаружено в тектонически-активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

Тяжелые металлы.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются во многих промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединений тяжелых металлов в промышленных сточных водах очень велико. Большие массы этих соединений поступает в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец, кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс. т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 121 тыс. т. ртути, значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла ( 910 тыс. т./год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метил-ртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения.

Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Свинец активно рассеивается в окружающей среде в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Французские исследователи установили, что дно Атлантического океана попадающим с суши свинцом на расстоянии до 160 км от берега и на глубине до 1610 м. Более высокая концентрация свинца в верхнем слое донных отложений, чем в более глубоких слоях, свидетельствует о том, что это результат хозяйственной деятельности человека, а не следствие длительного природного процесса.

Тепловое загрязнение.

Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Разница не превышает естественных изменений температуры и поэтому не представляет опасности для большинства взрослых обитателей моря. Однако при заборе воды засасываются икра, личинки, молодь, обитающие в прибрежных водах. Они проходят через электростанцию вместе с водой для охлаждения, где неожиданно подвергаются воздействию высокой температуры, сниженному давлению, что оказывается для них губительным. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв. км. По этой и другим причинам было бы целесообразно размещать электростанции в открытом море, где можно забирать воду с более глубоких и прохладных слоев, менее богатых живыми организмами. Тогда, если электростанции атомные, была бы также снижена опасность последствий возможной аварии. Если электростанции работают на нефти и угле, то горючее могло бы доставляться судами прямо на станцию, тогда как береговая линия могла бы быть использована для непромышленных целей. Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностным и донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей. [2]

Органическое загрязнение.

Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн. т/год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к полному загрязнению воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света на глубину, и замедляет процессы фотосинтеза.

Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые, так или иначе, содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно активные вещества - жиры, масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом.

Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена на рисунке 2.

Органические загрязнители

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами.Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных(водохранилища, озера). Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими, отходами становится практически непригодной для питья и других надобностей. [8]

2.3 Очистка вод. Самоочищение воды

Практикуются три основных метода очистки сточных вод. Первый существует давно и наиболее экономичен: сброс сточных вод в крупные водотоки, где они разбавляются пресной проточной водой, аэрируются и нейтрализуются естественным образом. Очевидно, что этот метод не отвечает современным условиям. Второй метод во многом базируется на тех же естественных процессах, что и первый, и заключается в удалении и снижении содержания твердых и органических веществ механическим, биологическим и химическим способами. Его в основном используют на коммунальных очистных станциях, которые редко располагают оборудованием для переработки промышленных и сельскохозяйственных стоков. Широко известен и достаточно распространен третий метод, состоящий в сокращении объема сточных вод путем изменения технологических процессов; например, в результате вторичной переработки материалов или использования естественных методов борьбы с вредителями вместо пестицидов и т.д.

Очистка сточных вод. Хотя сейчас многие промышленные предприятия пытаются очистить свои стоки или сделать производственный цикл замкнутым, а производство пестицидов и других токсичных веществ запрещено, самым радикальным и быстрым решением проблемы загрязнения воды будет строительство дополнительных и более современных очистных сооружений.

Первичная (механическая) очистка. Обычно на пути потока сточных вод устанавливаются решетки или сита, которые улавливают плавающие предметы и взвешенные частицы. Затем песок и другие грубые неорганические частицы оседают в песколовках с наклонным дном или улавливаются ситами. Масла и жиры удаляются с поверхности воды специальными приспособлениями (нефтеловушками, жироловками и пр.). На некоторое время сточные воды перебрасываются в отстойники для осаждения мелких частиц. Свободноплавающие хлопьевидные частицы осаждают путем добавления химических коагулянтов. Полученный таким образом отстой, на 70% состоящий из органических веществ, пропускается через специальный железобетонный резервуар - метантанк, в котором он перерабатывается анаэробными бактериями. В результате образуются жидкий и газообразный метан, углекислый газ, а также минеральные твердые частицы. При отсутствии метантанка твердые отходы закапываются, сбрасываются на свалки, сжигаются (что приводит к загрязнению воздуха) или высушиваются и используются как гумус или удобрение. Вторичная очистка осуществляется в основном биологическими методами. Поскольку на первом этапе органические вещества не удаляются, на следующем - используются аэробные бактерии для разложения взвешенной и растворенной органики. При этом главная задача заключается в том, чтобы привести стоки в контакт с как можно большим числом бактерий в условиях хорошей аэрации, так как бактерии должны иметь возможность потреблять достаточное количество растворенного кислорода. Сточные воды пропускают через различные фильтры - песчаные, из щебня, гравия, керамзита или синтетических полимеров (при этом достигается такой же эффект, как и в процессе естественной очистки в русловом потоке, преодолевшем расстояние в несколько километров). На поверхности фильтрующего материала бактерии образуют пленку и разлагают органику сточных вод по мере их прохождения через фильтр, снижая таким образом БПК более чем на 90%. Это т.н. бактериальные фильтры. Снижение БПК на 98% достигается в аэротанках, в которых благодаря принудительной аэрации сточных вод и перемешиванию их с активным илом ускоряются естественные процессы окисления. Активный ил образуется в отстойниках из взвешенных в сточной жидкости частиц, не задержанных при предварительной очистке и адсорбируемых коллоидными веществами с размножающимися в них микроорганизмами. Другим методом вторичной очистки является продолжительное отстаивание воды в специальных прудах или лагунах (поля орошения или поля фильтрации), где водоросли потребляют углекислый газ и выделяют необходимый для разложения органики кислород. В этом случае БПК снижается на 40-70%, но требуются определенные температурные условия и солнечное освещение.

Третичная очистка. Сточные воды, прошедшие первичную и вторичную очистку, еще содержат растворенные вещества, которые делают их практически непригодными для любых нужд, кроме орошения. Поэтому были разработаны и апробированы более совершенные методы очистки, предназначенные для удаления оставшихся загрязнителей. Некоторые из этих методов используются в установках, очищающих питьевую воду водохранилищ. Такие медленно разлагающиеся органические соединения, как пестициды и фосфаты, удаляются фильтрацией прошедших вторичную очистку сточных вод через активированный (порошкообразный) древесный уголь, либо добавлением коагулянтов, способствующих агломерации мелких частиц и осаждению образовавшихся хлопьев, либо обработкой такими реагентами, которые обеспечивают окисление. Растворенные неорганические вещества удаляются ионным обменом (растворенные ионы солей и металлов); химическим осаждением (соли кальция и магния, которые образуют налет на внутренних стенках котлов, цистерн и труб), смягчающим воду; изменением осмотического давления для усиленной фильтрации воды через мембрану, которая задерживает концентрированные растворы питательных веществ - нитратов, фосфатов и др.; выведением азота потоком воздуха при прохождении стоков через аммиачно-десорбционную колонну; и другими методами. В мире существует лишь несколько предприятий, которые могут проводить полную очистку сточных вод.[3]

Самоочищение морей и океанов. Самоочищение морей и океанов - сложный процесс, при котором происходит разрушение компонентов загрязнения и включение их в общий круговорот веществ. Способность моря перерабатывать углеводороды и другие виды загрязнений не безгранична. В настоящее время многие акватории уже утратили способность к самоочищению. Некоторые заливы и бухты нефть, в больших количествах скопившаяся в донных отложениях, превратила практически в мёртвые зоны.

Существует прямая зависимость между численностью нефтеокисляющих бактерий и интенсивностью нефтяного загрязнения морской воды. Наибольшее число микроорганизмов выделялось в районах нефтяного загрязнения, при этом количество бактерий, растущих на нефти, доходит до 106-107 на 1 л морской воды. Наряду с численностью микроорганизмов растёт их видовое разнообразие. Это, по всей видимости, можно объяснить большой сложностью химического состава нефти, различные компоненты которой могут потребляться только определёнными видами микроорганизмов. Нефтеокисляющие микроорганизмы можно рассматривать как индикаторы нефтяного загрязнения воды.

К морским организмам, которые участвуют в процессах самоочищения, относятся моллюски. Различают две группы моллюсков. В первую входят мидии, устрицы, гребешок и некоторые другие. Для них характерна двухстворчатая раковина. Обычно створки раковины чуть приоткрыты, и хорошо видно, как из-под радужной мантии торчат две трубочки - сифоны. Через один сифон всасывается морская вода со всеми взвешенными в ней частицами, которые оседают в специальном аппарате моллюска, а через другой очищенная морская вода возвращается в море. Все съедобные частицы усваиваются, а непереваренные крупными комочками выбрасываются наружу. Крупный моллюск мидии может пропустить через себя до 70 л воды в сутки и таким образом очистить её от возможных механических примесей и некоторых органических соединений. Подобно мидии, питаются и другие морские животные - мшанки, губки, асцидии.

У моллюсков второй группы раковина или закрученная, овально-конической формы (рапаны, литорины), или напоминает колпачок (морское блюдечко). Ползая по камням, сваям, причалам, растениям, днищам судов, они ежедневно прочищают огромные заросшие поверхности.

Поистине санитар-рекордсмен - моллюск кардиум, входящий в фауну Каспийского моря. Несмотря на свои небольшие размеры (около 2,5 см), он в процессе питания успевает за сутки профильтровать до 15 л воды. При этом растворённые в ней компоненты нефти, как вещества, непригодные для питания, обволакиваются слизью и в этой «упаковке» выбрасываются на дно. Учёные стремятся изучить деятельность морских организмов, включая водоросли, с тем, чтобы найти новые эффективные способы борьбы с загрязнением водоёмов. [1]

2.4 Воздействие на живые существа

Низкоактивные отходы, то есть отходы, обладающие меньшей радиоактивностью, сбрасываются непосредственно в моря и реки под контролем ученых-атомников, наблюдающих за тем, чтобы не были превышены предельные значения для допустимого загрязнения водоемов радиоактивными веществами. По данным различных наблюдений, радиоактивность вод, использованных для охлаждения атомных реакторов или содержащих радиоактивные отходы, остается очень слабой, значительно ниже предела, опасного для человека. В жизни водных растений и животных она также не вызывает каких-либо нарушений. В действительности же положение оказывается значительно более сложным из-за биологической концентрации радиоактивных веществ на протяжении цепей питания. Совершенно так же, как пестициды, эти вещества, концентрируемые простейшими организмами, попадают к другим животным, хищникам, уже в опасной пропорции.

Это явление проявляется с особой четкостью в морской среде. Давно известно, что водные животные способны извлекать из окружающей среды вещества, находящиеся в сильно разбавленном виде, и концентрировать их в своем организме. В телах некоторых моллюсков концентрация меди возрастает в 4300 раз, фтора -- в 6900 раз, отдельные ракообразные (веслоногие рачки) в 13 тысяч раз увеличивают концентрацию кремния, а у отдельных видов рыб концентрация фосфора в их организме превышает концентрацию его в морской воде в 2,5 миллиона раз. Не составляют исключения и радиоактивные вещества, в особенности редкие элементы, обычно встречающиеся в природе в бесконечно малых дозах. Так, между прочим, обстоит дело и с радиоактивным стронцием-90 -- элементом, появляющимся только в результате искусственного расщепления атома. Срок его существования -- 25 лет-- вполне достаточен для того, чтобы он скопился в живых организмах и сконцентрировался на протяжении цепей питания. В процессе обмена этот элемент отлагается, так же как и кальций, в костях и чрезвычайно медленно поддается мобилизации. То же самое можно сказать и о некоторых изотопах йода (например, о йоде-129), которые накапливаются в щитовидной железе.

Значительные концентрации радиоактивных веществ были обнаружены в различных водных растениях. Исследования, которые были проведены в Англии, в Плимуте, показали, что морские водоросли содержат стронций-90 в концентрации, в 20 (в Ascophyllum nodosum) и даже в 40 (в Fucus serratus) раз более сильной по сравнению с его концентрацией в морской воде. Концентрации подобного типа, что особенно характерно для такого элемента, как фосфор, наблюдаются и в цепях питания, последним звеном которых являются водные птицы. В реке Колумбия один из изотопов этого элемента, фосфор-32, содержавшийся в воде в концентрации, равной 1, дошел до 35 у водных беспозвоночных (ракообразных, насекомых), до 7500 у уток и до 200 тыс. в желтке утиных яиц (в нем фосфора содержится в 2 млн. раз больше, чем в речной воде).

Весьма вероятно, что трубконосые птицы -- альбатросы, буревестники и качурки -- также очень чувствительны к заражению морей радиоактивными осадками или неосторожно спущенными отходами. Эти птицы питаются в основном планктоном, а мы уже знаем, что планктон способен к массовой концентрации различных радиоактивных веществ. Орнитологи были очень взволнованы атомными взрывами, производившимися в акватории Тихого океана, так как здесь пролегают пути миграции тонкоклювого буревестника, который описывает огромную петлю над всем пространством этого океана от Тасмании до Берингова пролива и до Калифорнии.[6]

Некоторые химические вещества воздействуют на микроорганизмы, нарушая их жизнедеятельность. Действие это сказывается со всей очевидностью на рыбах, особенно чувствительных к отдельным химическим веществам и к содержанию растворенных газов в воде. Многие минеральные соли, в частности соли свинца, цинка, меди, ртути, серебра, никеля и кадмия, обладают способностью уплотнять слизь; покрывающую жабры, и тем самым препятствовать газообмену, который совершается в этих жизненно важных органах. Опыты показали, что у рыб, выпущенных в воду, содержащую в определенном количестве соли тяжелых металлов и кислот, наблюдаются вначале заметно ускоренные движения жабр, затем движения эти становятся неритмичными, замедляются, и наступает смерть от удушья. Некоторые отклонения в этом процессе зависят от того, над какими видами рыб ведется наблюдение и каковы их потребности в кислороде.

Другие вещества, участвующие в загрязнении пресных вод, действуют как яды, парализуя различные биохимические процессы, например нарушая клеточное дыхание. Именно так действуют растворимые сульфиды и циановые соединения, вызывающие снижение окислительных обменных процессов. То же можно сказать и об аммиаке и его производных: эти вещества, пройдя через жабры, проникают в кровь и блокируют в ней окислительные процессы, преобразуя гемоглобин и поражая, по всей видимости, даже эритроциты.

Рыбы, хотя и в разной степени, очень чувствительны к недостатку кислорода. И если угри и большинство карповых обладают какой-то приспособляемостью, то многочисленные другие виды, в особенности лососевые, очень требовательны к кислороду и погибают от удушья, как только количество растворенного кислорода опустится ниже определенного предела.

Не следует также забывать, что рыбы -- животные холоднокровные и обмен веществ у них зависит от температуры воды и что в связи с этим последствия загрязнения более ощутимы в теплых водах, чем в холодных.

Заметим, наконец, что загрязнение вод органическими веществами, вызывая значительное снижение процента растворенного кислорода, делает рыб чувствительнее к загрязнению веществами минеральными. Опыты и наблюдения, проведенные в естественных условиях, показали, что в среде с хорошей аэрацией рыбы способны выдерживать такие концентрации токсических веществ, какие были бы для них гибельными в водах, менее богатых кислородом. Однако хорошо известно, что загрязнение вод чаще всего бывает чрезвычайно сложным по своему составу и происходит от смешения органических веществ с минеральными.

В конечном счете от загрязнения вод больше всего страдает сам человек и его деятельность. Водоснабжение большинства крупных населенных пунктов целиком зависит от рек, а обработка вод с высоким содержанием органических и минеральных примесей становится все труднее и дороже. В силу этих обстоятельств здоровье населения подвергается серьезному риску. Последствия нахождения в воде некоторых веществ, полного удаления которых не может обеспечить ни одна система очистки сточных вод, могут с течением времени сказаться на человеке. [9]

2.5 Состояние водных объектов в Москве

Москва первый по величине и по значению город России, и из-за своей величины в ней сосредоточено огромное количество промышленных предприятий. Объем промышленных стоков не поддается ни какому описанию. Наряду с промышленными стоками большую роль играет тепловое загрязнение. Повышение температуры грунтовых вод сказывается на окружающей природе. Ниже города Москва-река не замерзает практически никогда, она превратилась в огромную сливную канаву для человеческой жизнедеятельности. Источниками водоснабжения Москвы служат река Москва и ее притоки, а также подземные воды, как те, что формируются в бассейне р. Москвы благодаря поверхностному стоку, так и воды глубоких горизонтов, не связанные с поверхностным стоком.

Запасы подземных вод в Московском регионе недостаточны для стабильного обеспечения хозяйственно-питьевых нужд города, в связи с чем используются поверхностные источники.

В г. Москву поверхностные воды поступают по двум системам водотоков - Москворецкой и Верхне-Волжской, используемые для питьевых целей города, подходят к водопроводным станциям уже загрязненными.

Динамика изменения концентраций загрязняющих веществ показывает, что по сравнению с 1988 годом уменьшения органических веществ, нефтепродуктов, аммонийного азота в воде верховьев рек Москвы и Волги от года к году практически не происходит, а концентрации нитритного азота и фенолов даже возрастают. Только ионы меди уменьшаются в 1, 5-2 раза, но их величины все равно превышают ПДК в 3-5 раз.