Проблема загрязнения воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загрязнение подземных вод

ВВЕДЕНИЕ

вода загрязнение защита

Загрязнение становится все более и более растущим чудовищем, которое угрожает нашей цивилизации, Молохом, который, в конце концов, проглотит нас. Именно так утверждают средства массовой информации и, может быть, это так; но, возможно, что такой прогноз ошибочен или, по крайней мере, слишком пессимистичен. Мы чувствуем, что реальная опасность - не загрязнение, а игнорирование проблем загрязнения.

В настоящее время, когда производительные силы активно воздействуют на природу и существенно преобразуют ее, возрастает значение проблемы охраны окружающей природной среды.

Водные ресурсы - один из основных компонентов природных богатств и природной среды, при этом, пожалуй, самый мобильный компонент, легко и раньше других подвергающийся антропогенному воздействию. Одной из актуальных проблем является охрана пресных подземных вод от загрязнения, поскольку они представляют собой важнейший источник питьевого водоснабжения. Теоретически для существования человеку достаточно всего 5 литров воды в день и иногда меньше. Помимо того, для бытовой и личной гигиены человеку нужно от 40 до 50 литров воды в день; больше воды требуется для сельского хозяйства, сельский житель нуждается, по крайней мере, в 100 литров в день. В промышленных районах обычно требуется 400-500 литров воды на жителя. Для удовлетворения столь быстро растущего спроса на воду следует постоянно осваивать существующие водные ресурсы и искать новые источники. Необходимо мобилизовать все имеющиеся источники и в особенности подземные воды [12].

На Земле возникла достаточно странная ситуация: вода- создатель жизни и всего окружающего мира сегодня как никогда нуждается в помощи Человека. [14] Загрязнение подземных вод не является локальным процессом, оно тесно связано с загрязнением всей природной среды - атмосферы, поверхностных вод, почв. Это принципиальное положение позволяет более полно выявить причины и процессы загрязнение подземных вод, обосновано решить вопрос о видах и комплексе защитных мер.

Целью моей курсовой работы было рассмотреть особенности подземных вод, как полезного ископаемого, основные источники и виды их загрязнения, а также охранные мероприятия. Своей задачей я поставила применение знаний, полученных в период обучения на втором курсе по кафедре геоэкологии и природопользования СПбГУ, как того требует современная географическая наука при изучении отдельных видов природных ресурсов с целью их понимания и рационального использования. При исполнении курсовой работы я стремилась получить наиболее комплексную картину об исследуемом объекте, потратив достаточно много времени на сбор информации.

1. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ - ЦЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ РЕСУРС

1.1 Особенности подземных вод, как полезного ископаемого

Как известно, без пресной воды невозможна жизнь на Земле. Хозяйственная деятельность человека издавна основывалась на использовании преимущественно поверхностных вод. Но высокий уровень загрязнения токсичными тяжелыми металлами, пестицидами, органическими соединениями и другими веществами, список которых огромен, пресных поверхностных вод привлек внимание мирового сообщества в конце 60-х годов в связи с осложнениями в обеспечении населения чистой водой как в странах с дефицитом водных ресурсов, так и в странах обеспечения ими. В связи с этим человечество все в большей степени ориентируется на подземные воды, которые есть в любой точке нашей планеты, но далеко не всякое их скопление можно назвать месторождением. Т. е. скоплением воды определенного качества, которое можно извлекать для водоснабжения различных объектов в нужном количестве и в течение заданного срока эксплуатации. Подземные воды - ценный природный ресурс, который используют в различных областях человеческой деятельности.

1.2 Воды для питьевого и хозяйственного водоснабжения

Потребность в использовании подземных вод для питьевого водоснабжения растет с каждым годом. Люди всегда стремились селиться по берегам рек или озер, которые и служили основным источником пресной питьевой воды. Но постепенно все больше появлялась необходимость строить населенные пункты вдали от водоемов и водотоков, например, вблизи месторождений полезных ископаемых, при лесоразработках, при большой перенаселенности местности. Кроме того, в результате интенсивного развития промышленности многие реки и озера оказались настолько загрязненными, что их вода требует или дорогостоящей очистки, или вообще не может быть использована для питья. Наконец, существует еще одна сторона этой проблемы: в случае радиоактивного или химического загрязнения поверхностных вод города и поселки должны быть готовы к переходу на снабжение подземными водами. Из сказанного ясно, насколько актуальной является разведка и оценка подземных вод даже для территорий, обеспеченных чистой поверхностной питьевой водой.

Для целей питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения должны использоваться защищенные от загрязнения и засорения поверхностные и подземные водные объекты, пригодность которых для указанных целей определяется на основании санитарно-эпидемиологических заключений. Для водных объектов, используемых для целей питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, устанавливаются зоны, округа санитарной охраны в соответствии с законодательством о санитарно-эпидемиологическом благополучии населения. Порядок использования подземных водных объектов для целей питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения устанавливается законодательством о недрах [17].

Распределение ресурсов пресных подземных вод в недрах земли подчиняется широтной зональности. Особенно эффективным фактором является климат. В районах с гумидным климатом пресных вод чаще всего бывает достаточно для хозяйственно- питьевого водоснабжения или наблюдается их избыток, в то время как в аридных или полуаридных областях пресных подземных вод не хватает [6].

Большое значение в распространении пресных подземных вод имеет геологическое строение территории. Наибольшими их запасами обладают предгорные и межгорные впадины, в особенности аллювиальные отложения в их пределах, а также конусы выноса и предгорные шлейфы, сложенные преимущественно песчано-галечным материалом, где модули стока достигают нескольких десятков литров в секунду с 1 квадратного километра. Весьма значительны ресурсы пресных подземных вод в артезианских бассейнах платформенного типа, находящихся в гумидной зоне.

1.3 Минеральные подземные воды

Практическое использование минеральных вод для лечения людей известно с глубокой древности. Об этом говорят народные легенды и сказания, священные книги, летописи и трактаты древних ученых. Подтверждают это и современные археологические раскопки. Уже в VI в. до нашей эры в Греции существовал курорт Эпидавр на источнике с железистыми водами. Священные книги древних индусов свидетельствуют о купелях при храмах, в других - приводятся предания о Силоамской купели, озере Батесба близ Иерусалима и т. д. Основоположником строительства курортов в России стал Петр I, который после посещения Карловых - Вар принял непосредственное участие в создании в 1717 г. первого в России курорта Марциальные Воды (Карелия), организовал лечение на Сергиевых и Липецких минеральных водах.

Водные объекты, содержащие природные лечебные ресурсы, используются для лечебных и оздоровительных целей в порядке, установленном законодательством Российской Федерации о природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах [17].

В настоящее время минеральными лечебными водами принято считать только те воды, использование которых возможно в бальнеологических или питьевых целях. Современная медицина насчитывает несколько десятков типов лечебных минеральных вод, каждый из которых может формироваться только в определенных гидрогеологических условиях и определенной физико-химической обстановке. При этом все лечебные воды подразделяются на две группы: питьевые (лечебные и лечебно- столовые) и бальнеологические (наружное применение: ванны, душ и т. д.) [5].

Соленые воды и рассолы, используемые в лечебных целях, распространены на всех континентах, будучи приуроченными к платформенным и межгорным артезианским бассейнам, в строении которых участвуют мощные толщи осадочных пород. Особенно их много в артезианских бассейнах, сложенных соленосными отложениями. Подземные воды повышенной минерализации широко распространены в зоне интенсивного водообмена артезианских бассейнов аридных областей, где они формируются главным образом под влиянием испарительной конденсации, пополняясь за счет инфильтрации атмосферных осадков, потерь поверхностного стока, оросительных систем, а также разгрузки напорных подземных вод глубоких горизонтов. Воды повышенной минерализации часто встречаются и в области распространения многолетнемерзлых пород на платформах, где они обычно залегают в зонах затрудненного или весьма затрудненного водообмена.

Подземные воды широко используются для водоснабжения как крупных городов и мелких населенных пунктов, так и объектов сельского хозяйства. В мировом масштабе наибольшая обеспеченность пресными водными ресурсами на душу населения отмечается в Австралии (27500 кубических метров в год), в Южной Америке (21100 кубических метров в год), Северной Америке (7640 кубических метров в год). [Маринов, использование подзем. вод].

Минеральные лечебные соленые воды и рассолы представлены разнообразными химическими классами. Распределение их в вертикальном разрезе соответствует в общем плане вертикальной гидрогеохимической зональности, проявляющейся для большинства артезианских бассейнов в закономерной смене маломинерализованных гидрокарбонатных и сульфатных вод верхних и окраинных частей бассейнов сульфатно-хлоридными и затем хлоридными водами различной минерализации в их глубоких частях. Соответственно происходит и смена газового состава вод от азотного в верхних горизонтах и на периферии бассейнов до азотно-метанового в глубоких частях структур.

Минеральные воды, лечебное действие которых обусловлено присутствием в их составе органического вещества, встречаются довольно редко. Они известны лишь в районах, в строении которых участвуют осадочные породы, обогащенные органикой. Для этих вод характерны гидрокарбонатный магниево-кальциевый или магниево - натриево-кальциевый состав и минерализация 0,4- 0,8 г/л. Наиболее типичным представителем этой редкой группы являются слабоминерализованные воды источника Нафтуся.

Минеральные воды одновременно с использованием для лечения непосредственно курортами и бальнеолечебницами идут на розлив и широко применяются как лечебные и лечебно- столовые. Они применяются в виде питьевой воды для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта. Установлена высокая эффективность йодобромных вод при лечении заболеваний сердечно- сосудистой системы и гипертонической болезни. Лечебное действие другой группы минеральных вод - кремнистых терм - кроме температурного фактора определяется высоким содержанием кремнекислоты и повышенной щелочностью. Что весьма благоприятно воздействует на эластичность кожного покрова, этим объясняется их лечебное действие при кожных заболеваниях [5].

Здесь уместно вспомнить, что еще греческие жрецы, знавшие целебную силу минеральной воды, возводили храмы Эскулапу и оберегали их от загрязнения, как особо почитаемые.

1.4 Промышленные подземные воды

Освоение нетрадиционных видов полезных ископаемых - актуальнейшая задача современности. Промышленные подземные воды - это воды, из которых можно извлекать промышленно ценные компоненты; такие воды можно назвать жидкими рудами. В настоящее время из подземных вод извлекают большую часть мировых запасов брома и йода. Кроме того, из подземных вод можно извлекать каменную соль, соду, бор, литий, цезий, рубидий, стронций, радий и ряд других компонентов. Извлечение из подземных вод каменной соли известно еще с глубокой древности. В России соляные промыслы на подземных соляных водах и рассолах существовали уже в 12 в. Теперь имеются более дешевые источники соли, но зато из подземных вод научились извлекать другие полезные ископаемые. Целесообразность добычи зависит как от содержания компонентов в водах, так и от степени его практической значимости, обеспеченности запасами за счет других источников минерального сырья и сравнительной стоимости переработки. Большинство редких и рассеянных ценных элементов вообще очень редко образуют природные скопления, поэтому само присутствие их в водах может представлять практический интерес. В соответствии с всеобъемлющей вертикальной гидрогеохимической зональностью минерализация подземных вод с увеличением глубины залегания возрастает и достигает, как правило, сотен граммов на литр; одновременно растет и содержание растворенных микрокомпонентов [13].

Наибольшей способностью к накоплению и встречаемостью в подземных водах характеризуются из главных анионогенных элементов - хлор, из катионогенных - натрий, кальций, магний. Соответственно обогащенные химическими элементами воды являются почти без исключения хлоридными; подземные воды гидрокарбонатного и сульфатного состава в обычных условия промышленного значения не имеют, хотя из рапы поверхностных водоемов образуются залежи соды, мирабилита и другого промышленного сырья.

Главная особенность распространения в геологическом разрезе ценных на какие- либо компоненты подземных вод - их повсеместное распространение на той или иной глубине. При прочих равных условиях верхняя граница распространения промышленных вод чаще всего контролируется мощностью зоны интенсивного водообмена. Соответственно в условиях аридного климата присутствие рассолов в верхних горизонтах более вероятно, чем пресных и слабосоленых вод. Наоборот, в условиях увлажненного климата, особенно в горно-складчатых областях, а также на кристаллических щитах, сложенных инертными в химическом отношении породами, глубина залегания промышленных вод максимальна. Наиболее широко промышленные воды распространены в гидрогеологических кратогенах - в бассейнах пластовых вод платформ, а также передовых прогибов и межгорных впадин. Представлены они исключительно хлоридными солеными водами рассолами - натриевыми, кальциевыми, магниевыми или имеющими сложный катионный состав.

Количество извлекаемых и подземных вод элементов все еще не велико. В XIX в. в Италии начали получать из парогидротерм борную кислоту, а в начале XX в. привычной стала добыча йода и брома. Заметно изменилось положение во второй половине XX в., когда резко увеличилось количество используемых минеральных ресурсов. Промышленное использование большинства редких элементов началось всего несколько десятилетий назад: это новые технические материалы. До сих пор технология их получения даже из твердых полезных ископаемых находится на стадии становления [Коган, 1979].

Угроза истощения в обозримом будущем наиболее богатых и удобно расположенных твердых руд в развитых странах оказалась реальной. Это повлияло на формирование всеобщего мнения о подземных водах как о многоотраслевом источнике промышленного сырья, запасы которого очень велики, а способы добычи более привлекательны, чем трудоемкая разработка горных пород. Начинает широко внедряться добыча из вод калия, магния, стронция, бора, лития, рубидия, цезия. Менее определены перспективы многих других элементов, хотя целесообразность извлечения в благоприятных условиях таких, как свинец, медь или цинк, не вызывает сомнений. На оценке содержания в водах рудных и других компонентов основано проведение поисков месторождений полезных ископаемых.

Ценность промышленных вод заключается не только в больших запасах, широкой встречаемости и поликомпонентном составе. Весьма важно, что подземные воды можно добывать на огромных площадях одним водозабором и с глубин, доступных только скважинам. Их получение не сопровождается дорогостоящими и нежелательными в природоохранном отношении горными работами, как при разработке твердых полезных ископаемых. Особое преимущество перед последним состоит в возможности обогащения промышленных вод путем их испарительного концентрирования и в том, что воды как источник минерального сырья очень часто не требует специальной добычи; возможно использование техногенных вод. [13]

С развитием промышленности все более и более разнообразные и часто жесткие требования предъявляются для воды, используемой в промышленности. Так, для паровых котлов требуется мягкая вода, содержащая минимальное количество солей кальция и магния, превышение которого может привести к образованию накипи на стенках котлов, а также не содержащая излишнего количества соды, иначе происходит быстрое вспенивание воды; для охладительных установок требуется вода с постоянной температурой и т. д. В связи с этим все чаще становится вопрос поиска и разведки технических подземных вод с необходимыми физико-химическими параметрами [3].

Подземные воды используются также в сельском хозяйстве для полива пахотных земель, обогрева теплиц, водопоя скота и т.д. Наиболее остро вопрос об организации водопоя скота и получении воды для полива земель стоит для засушливых районов. Требования к качеству этой воды значительно менее жесткие, чем для питьевой. Эксплуатационные запасы солоноватой воды, используемой для сельскохозяйственного водоснабжения, во многих районах бывают большими, чем пресных вод, но и их поиски и разведка требуют постановки специальных поисково-разведочных работ [3].

1.5 Гидротермальные ресурсы

Одним из видов нетрадиционной энергии, является тепло внутриземных вод, образующееся естественным путем в недрах Земли. Гидротермальные ресурсы имеют широкое, хотя и локализованное распространение в недрах Земли. В одних местах тепловому потоку свойственна повышенная температура, например, в вулканических областях или рифтовых зонах, в других - температура даже пониженная, скажем, в пределах платформ и щитов. По происхождению и геолого- гидрогеологическим особенностям выделяют проявления трещинно-жильным и пластовых гидротермальных ресурсов. Первые образуют конвекционные системы с высокой температурой. Ими на поверхности разгружаются не только термальные воды, но и пароводяная смесь и пар. Температура подземных вод пластового типа во многом определяется возрастом складчатости вмещающего геологического тела: чем она моложе, тем при прочих равных условиях выше температура подземных вод.

Еще древние римляне применяли термальные воды для отопления помещений в банях- термах. Термальные воды, применяемые для коммунально-бытовых и промышленных целей, относятся к низкопотенциальным ресурсам: их температура варьирует от 30- 35 до 100 .

Термальные ресурсы используются в сельскохозяйственном производстве многих стран. По средствам их проводят отопление теплиц, парников и животноводческих комплексов, обогрев почвы, ранний полив сельскохозяйственных культур, устройство рыборазводных прудов и т. д.

В конце XX в. из- за энергетического кризиса, охватившего многие страны, человечество начинает вовлекать в топливно- энергетический баланс новые, как их называют, нетрадиционные источники энергии. Среди них важная роль отводится и гидротермальным ресурсам.

2. ИСТОЧНИКИ И ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Загрязнение- это изменение физических, химических и биологических свойств воды, ограничивающих или исключающих их использование в различных направлениях, где вода обычно играет существенную роль. На загрязнение подземных вод оказывают различные факторы: техногенные и природные. Источники загрязнения и приуроченные к ним загрязняющие вещества, отбор подземных вод, добыча полезных ископаемых и строительные работы, все это является техногенными факторами, к природным же факторам относятся геолого- гидрогеологические условия, минерализованные подземные и поверхностные воды, взаимосвязь подземных вод с поверхностными, уровень загрязнения окружающей природной среды (поверхностных вод, атмосферы и атмосферных осадков, почвы), геоморфологические условия, растительный покров.

2.1Техногенные факторы

Источники загрязнения пресных подземных вод связаны с объектами, дающими большие количества отходов; добыче полезных ископаемых; хранения, транспортировки, использования нефти и нефтепродуктов, химических реагентов, ядохимикатов, а также с выбросами отходов в поверхностные водные объекты, атмосферу и непредназначенные для этих целей скважины.

К промышленным объектам, сбрасывающим большие количества сточных вод и твердых отходов, относятся предприятия химической, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей, горнодобывающей, коксохимической, металлургической, энергетической, фармацевтический, текстильной, целлюлозно- бумажной и ряда других отраслей промышленностей. Суточный объем сточных вод отдельных химических и нефтеперерабатывающих предприятий исчисляется десятками и даже сотнями тысяч кубических метров.

Загрязнение подземных вод может происходить по всей территории промышленной площадки, но наиболее сильно оно вблизи поверхностных хранилищ промышленных и бытовых отходов (шламонакопители, естественные и искусственные бассейны- накопители и испарители промышленных и бытовых сточных вод, хвостохранилища, солеотвалы, золоотвалы, крупные свалки мусора). Эти хранилища отходов, а также поля фильтрации, куда сточные воды сбрасывают для естественной очистки, и поля орошения сточными водами считаются главными источниками загрязнения подземных вод.

На таких участках происходит интенсивная и сосредоточенная инфильтрация сточных вод, которые попадают в горизонт грунтовых вод и формируют там область интенсивного загрязнения подземных вод [9].

Среди источников загрязнения подземных вод, связанных с сельским хозяйством, следует отметить: крупные животноводческие хозяйства, и, прежде всего поля орошения их стоками; сельскохозяйственные площадки, обрабатываемые ядохимикатами и удобрениями; крупные птицефабрики; участки хранения силоса.

Достаточно интенсивное загрязнение подземных вод происходит также на территории нефтепромыслов, в районах шахтного и рудничного водоотлива, на участках складов горючего, химреагентов и ядохимикатов, вблизи крупных автозаправочных и моечных станций, вдоль трасс нефтепроводов и автомагистралей и т.д. Все перечисленные объекты можно рассматривать как фактические и потенциальные источники загрязнения подземных вод.

Важным техногенным фактором, способствующим, а в ряде случаев и обуславливающим загрязнение подземных вод, является их интенсивный отбор. Особенно значительный отбор подземных вод производится на централизованных водозаборах хозяйственно- питьевого назначения.

С отбором подземных вод в прибрежных районах связанны интрузия морских вод в горизонты пресных подземных вод и их засоление.

Такое же ухудшение качества пресных подземных вод может быть обусловлено отбором подземных вод в связи с осушением территории, водоснабжением при строительстве, шахтным и рудничным водоотливом.

При добыче полезных ископаемых может происходить нарушение сплошности водоупорных слоев и вследствие этого ухудшение условий защищенности подземных вод. Откачиваемые шахтные и рудничные воды обычно отличаются повышенными минерализацией или содержанием отдельных загрязняющих веществ, и сброс таких вод на поверхность земли может привести к загрязнению неглубоко залегающих горизонтов пресных подземных вод и, прежде всего, грунтовых вод.

Со строительством, сопровождаемым объемом земляных и вскрышных работ, связанно ухудшение природных условий защищенности горизонта грунтовых вод, а в ряде случаев и первого от поверхности напорного водоносного горизонта и их загрязнение [2].

2.2Природные факторы

Среди природных факторов, влияющих на проникновение загрязняющих веществ в подземные воды и защищенность последних, важнейшими являются геолого- гидрогеологические условия, к которым можно отнести строение и свойства пород зоны аэрации (мощность, литология, наличие в разрезе слабопроницаемых отложений, фильтрационные свойства, режим влажности); строение горизонта подземных вод (мощность, литология, направление и уклон потока, фильтрационные и миграционные свойства пород, пористость); строение и свойства водоупоров, отделяющих горизонты подземных вод (мощность и литология и их изменчивость по площади, сплошность, наличие литологических «окон» и трещин, фильтрационные и миграционные свойства); соотношение уровней горизонта грунтовых вод и нижележащих водоносных горизонтов; взаимосвязь водоносных горизонтов, в особенности горизонтов грунтовых вод с нижележащим водоносным горизонтом; тектонические условия и неотектоника, с которыми связаны зоны разломов, трещиноватости; развитие карстовых процессов в верхней части разреза в области распространения пресных подземных вод [2].

Значительные запасы пресных подземных вод приурочены к аллювиальным отложениям речных долин. Аллювиальный водоносный горизонт эксплуатируется непосредственно и подпитывает нижележащий эксплуатируемый водоносный горизонт. Так как он гидравлически связан с поверхностными водами, то последние существенно влияют на качество пресных подземных вод, особенно при их эксплуатации. Поэтому важным природным фактором, обусловливающим загрязнение подземных вод в речных долинах, является характер взаимосвязи поверхностных и подземных вод (наличие и вид связи или отсутствие таковой). На условия взаимосвязи поверхностных и подземных вод влияют глубина вреза и ширина русла реки, строение и фильтрационные свойства русловых отложений.

Загрязнение пресных поземных вод нельзя рассматривать вне связи с загрязнением других компонентов окружающей природной среды - поверхностных вод, почвы, атмосферы и атмосферных осадков. Загрязнение каждого из этих компонентов непосредственно влияет на уровень загрязнения подземных вод и имеет первостепенное значение для понимания процессов изменения подземных вод и их генетической взаимосвязи с процессами загрязнения окружающей природной среды в целом.

Условия загрязнения подземных вод, главным образом, грунтовых, существенно зависят то таких природных факторов, как строение рельефа, тип почв, наличие или отсутствие растительного покрова [9].

2.3 Пути поступления загрязняющих веществ в водоносный горизонт

Можно выделить четыре основных случая поступления загрязнений в водоносный горизонт:

1. поступают сверху с поверхности земли при непосредственной инфильтрации сточных вод из накопителей, с территории предприятий и других объектов, при фильтрации минерализованных вод на орошаемые территориях и т.д. Площадь и интенсивность могут быть при этом различными, характер инфильтрации во времени - постоянный, периодический, одноразовый (случайный).

2. поступают сбоку - при фильтрации загрязненных вод в борта и русла реки, а в паводки - и на площади затопленной поймы и низких террас. Подобные условия загрязнения, как и в предыдущем случае, характерны для грунтовых вод, особенно при малой мощности и значительной проницательности пород зоны аэрации. К этому же типу можно отнести случаи интрузии морских вод в прибрежные водоносные горизонты, уровни воды в которых снижены из - за водоотбора

3. поступают путем вертикального перетока из смежного по разрезу загрязненного водоносного горизонта по стволу дефектной скважины, либо через «гидрогеологическое окно» в разделяющем их водоупорном пласте, либо через разделяющий слабопроницаемый пласт.

4. загрязнения поступают непосредственно при их сборе в поглощающие горные выработки (скважины, колодцы, скважины) в связи с различными технологическими процессами, затрагивающими недра земли, например, при захоронении сточных вод путем их закачки в скважины, при подземной газификации углей, при сомоизливах и перетоках соленых вод и нефти по стволу дефектных скважин и т. п. [9]

Загрязняющие вещества поступают в водоносные горизонты за счет: 1) фильтрации промышленных сточных вод на территории промышленных предприятий и, особенно, на участках поверхностных хранилищ отходов; 2)фильтрации с полей, орошаемых сточными водами, и сельскохозяйственных массивов, обрабатываемых ядохимикатами и удобрениями; 3) проникновение через неликвидированные, заброшенные и дефектные эксплуатационные и наблюдательные скважины; поглощающие скважины и колодцы; 4)боковой и вертикальной фильтрации загрязненных речных вод; 5) инфильтрации загрязненных атмосферных осадков; 6)миграции природных некондиционных подземных вод по ласту и из смежных водоносных горизонтов; 7)подтягивание природных некондиционных поверхностных вод из водоемов, водотоков и морей; 8) вымывание загрязняющих веществ и солей из почвы и пород зоны аэрации; 9) проникновения загрязненных поверхностных вод и отходов через карстовые полости, выемки и «окна», образовавшиеся в результате вскрышных работ, и др.[1]

2.4 Масштабы площадного развития загрязнений подземных вод

По масштабу площадного развития выделяют локальные и региональные загрязнения подземных вод. Первые вызываются отдельными (точечными) источниками, затрагивая сравнительно небольшие участки водоносного пласта. Региональные загрязнения вызываются действием многочисленных источников, обуславливающих в совокупности их площадной характер.

Локальное загрязнение подземных вод.

Локальные источники загрязнения подземных вод многочисленны и разнообразны по интенсивности, составу загрязнений, характеру их поступления в пласт.

Наиболее неблагоприятные последствия вызывают загрязнения подземных вод при утечке сточных вод из фильтрующих земляных емкостей, используемых для сбора, хранения, испарения жидких и твердых отходов производства: шламо - и хвостохранилищ, гидрозолоотвалов, прудо - накопителей, отстойников, испарителей и т. п. Сточные воды и отходы здесь загрязнены растворимыми веществами, входящими в состав измельченного сырья, продуктов и отходов производства, а также флотореагентами, используемыми при обогащении руд. На сельскохозяйственных территориях локальными источниками химического и биологического загрязнения являются животноводческие фермы и комплексы, склады удобрений и ядохимикатов, силосные ямы. Локальные участки загрязненных подземных вод возникают также при сбросе сточных вод в поглощающие скважины, размещенные в водоносном горизонте. Довольно часто причиной загрязнения становится переток минерализованных вод по стволу глубоких дефектных скважин, заложенных для добычи нефти, газа, поддержания пластового давления. Возможность загрязнения подземных вод на больших глубинах при подземной газификации угля определяется гидрогеологическими условиями. При открытой и подземной добыче угля загрязнение подземных вод вызывается в основном откачиваемыми минерализованными шахтными водами. На участках размещения отстойников и накопителей происходит непосредственная фильтрация этих вод в водоносный горизонт, создающая локальный участок загрязнения. Сброс шахтных вод в реки - круглогодичный или в паводок - приводит к ухудшению качества воды в прибрежных водозаборах.

Помимо выше названных существуют и другие источники локального загрязнения, например утечки сточных и технологических вод из отдельных цехов промпредприятий и др. [5].

Региональное загрязнение подземных вод.

При региональном загрязнении ухудшение качества подземных вод наблюдается на большой площади, при этом могут быть загрязнены не только верхние, но и нижележащие водоносные горизонты. Можно выделить два основных типа регионального загрязнения подземных вод, различающихся характером источников загрязнения и составом загрязняющих веществ. Первый приурочен к урбанизированным территориям с большой концентрацией городов и промышленных предприятий, второй - к территориям интенсивного сельскохозяйственного производства. Общая черта выделенных типов - множественность отдельных локальных источников загрязнения, в совокупности образующих площадной его характер. Значительные участки загрязненных подземных вод образуются на промышленных площадках при фильтрации из шламо - и хвостохранилищ, отстойников и других земляных емкостей, накапливающих сточные воды и отходы, а также вследствие растворения и выноса солей атмосферными осадками из свалок твердых отходов производства, отвалов руды, пустой породы и др. Сброс в реки неочищенных промышленных и хозяйственно- бытовых сточных вод, а также минерализованных шахтных, дренажных вод - достаточно частое явление на территориях с высокой концентрацией промышленности. Поэтому фильтрация загрязненных речных вод - еще один источник загрязнения водоносных горизонтов и водозаборов на участках, примыкающих к таким рекам. В районах размещения не канализованных населенных пунктов и городов развивается бактериальное загрязнение подземных вод, которое в отдельных случаях может приобрести региональный характер.

На сельскохозяйственных территориях региональное загрязнение подземных вод обычно проявляется в повышении общей минерализации за счет увеличения количества водорастворимых солей. Повышенное содержание в водоносном горизонте нитратов, нитритов и аммония зафиксированы на сельскохозяйственных территориях многих стран. Загрязнение подземных вод на орошаемых сельскохозяйственных территориях особенно опасно, во - первых, из- за площадного характера применения удобрений и ядохимикатов, и, во- вторых, в связи с тем, что подземные воды здесь часто используются многочисленными скважинами децентрализованного водоснабжения, к которым вода быстро привлекается с загрязненных участков [5].

2.5 Вещества, загрязняющие подземные воды

Основными загрязняющими подземные воды веществами являются: промышленные отходы, нефть и нефтепродукты, бытовые отходы, воды шахтного и рудничного водоотлива, отходы сельского хозяйства, природные некондиционные воды (поверхностные и подземные).

Промышленные отходы.

Подразделяются на твердые и жидкие. Основное значение в загрязнении подземных вод имеют жидкие отходы - промышленные сточные воды, которые отличаются большими расходами и разнообразием состава. В особенности это относится к сточным водам химической промышленности.

Промышленные сточные воды могут быть подразделены на следующие группы: содержащие преимущественно неорганические соединения; содержащие преимущественно органические соединения; содержащие органические и неорганические соединения; содержащие радиоактивные вещества; теплообменные.

К первой группе относятся сточные воды предприятий содовой и калийной промышленности, заводов по производству минеральных удобрений, гальванических цехов и др.; ко второй - предприятий анилинокрасочной промышленности, заводов по производству искусственных материалов и органических удобрений, фармацевтических предприятий, текстильных и др.; к третьей - металлургических предприятий, коксохимических и нефтеперерабатывающих заводов, предприятий целлюлозно- бумажной промышленности и др.; к четвертой - предприятий атомной промышленности; к пятой - энергетических установок и многих промышленных предприятий из перечисленных выше. Для большинства промышленных сточных вод характерны повышенная общая минерализация, интенсивная окраска и запах, исчезающие только после многократного разбавления. Некоторые и них высокотоксичны [6].

Нефть и нефтепродукты

Загрязнение подземных вод углеводородами нефтяного ряда может быть вызвано сырой и товарной (первичнообработанной) нефтью, нефтепродуктами и углеводородными соединениями, содержащимися в промышленных отходах, промывочных жидкостях и др. К нефтепродуктам относятся бензины, керосины, топливо для воздушно- реактивных двигателей, дизельные и котельные топлива (мазуты), масла, смазки и др. [6].

Наиболее часто загрязнение подземных вод и грунтов вызывается бензинами и керосинами, а также нефтью. Другие виды нефтепродуктов (мазуты, смазки, масла) являются причиной загрязнения гораздо реже, что, очевидно, объясняется их большей вязкостью, которая приводит к их меньшим утечкам и менее значительному распространению [7].

Загрязняющие вещества в сельском хозяйстве.

Загрязнение подземных вод в сельскохозяйственных районах может быть обусловлено: пестицидами; минеральными удобрениями; отходами крупных животноводческих хозяйств; отходами птицефабрик; стоками, образующимися на участках хранения силоса, т.д. К пестицидам относится широкий круг соединений (хлор- , ртуть-, фосфорорганических и др.), различающихся по стойкости (времени распада), растворимости в воде и миграционной способность.[6]

Природные некондиционные воды.

Подразделяются на поверхностные и подземные. Некондиционные воды - это воды, характеризующиеся в естественном состоянии повышенной общей минерализацией (по сравнению с нормами для питьевых вод) или повышенным содержанием отдельных компонентов. Среди загрязнений, вызванных поверхностными некондиционными водами, прежде всего, следует выделить хлоридное, обусловленное главным образом морскими водами в прибрежных районах, а также соленными речными и озерными - в аридных зонах.

Могут быть и другие подразделения загрязняющих веществ. Так, выделяют консервативные (хлор, кальций, соли металлов и др.) и неконсервативные (главным образом, органические соединения) загрязняющие вещества (поллютанты); наиболее токсичными из них являются сера, ртуть, хлорорганические пестициды, фенолы и некоторые другие. [6]

2.6 Типы загрязнения подземных вод

Рассмотренными загрязняющими веществами обусловлены следующие типы загрязнения подземных вод: химическое или неорганическое, органическое, бактериальное или микробное, радиоактивное загрязнения.

Химическое загрязнение.

В сущности, основным загрязнением подземных вод является химическое. Оно ведет к изменению общего химического и газового состава подземных вод и их окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных характеристик. Все загрязнения сопровождаются привносом в подземные воды тех или иных концентраций новых химических элементов

проявляется в увеличении (против фоновой) общей минерализации подземных вод, росте концентраций (против фоновых) отдельных макро- и микрокомпонентов, появлении в подземных водах несвойственных им минеральных и органических соединений [8]. Химическое загрязнение подземных вод, которому может сопутствовать интенсивная окраска, запах и повышенная температура, сохраняется в течение длительного времени и может захватывать обширные территории. Наиболее часто встречающимися видами химического загрязнения подземных вод является нефтяное, нитратное и хлоридное. Химическое загрязнение вызывается практически всеми видами перечисленных загрязняющих веществ, но в первую очередь - промышленными отходами.

Стоит выделить среди химического загрязнения органическое загрязнение. Среди органических компонентов производственных сточных вод выделяют: гуминовые вещества, фенолы, смолообразующие компоненты, углеводороды, пиридиновые основания, жирные кислоты, спирты (метанол), нафтеновые кислоты, терпены, лигнин, углевод, полисахариды. Наибольшее количество органических загрязнителей сбрасывают следующие отрасли промышленности: лесохимическая (метиловый спирт, уксусная кислота, скипидар, кетоны, эфиры, масла, формалин, фенолы), химическая (бензол, анилин, нитросоединения, эфиры, спирты, крезол, фенолы, органические пестициды, жиры, масла, оксикислоты), нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая (нефть и нефтепродукты в коллоидном и растворенном состоянии в количестве 1,5- 10 г/л), термическая переработка топлива (фенолы до 12 г/л), кожевенная (фенолы до 15 г/л) [12].

В настоящее время плохо изучено влияние следов органических соединений в питьевой воде на организм человека, но, тем не менее, выполненные санитарные исследования свидетельствуют об опасности потребления воды, загрязненной органическими химикалиями. Так обнаружена канцерогенная активность у ряда хлорированных соединений, в том числе хлор - органических пестицидов, таких, как альдрин, ДДТ, дальдрин, гексахлоран и др., а также полихлорированных бифенилов (ПХБ).

Органические загрязнения достаточно широко распространены в подземных водах хозяйственно- питьевого назначения.

Среди большого числа органических загрязнителей наибольшее (универсальное и глобальное) значение в настоящее время имеет нефть и нефтепродукты, фенолы и синтетические поверхностно активные вещества (СПАВ).

Н е ф т ь и н е ф т е п р о д у к т ы . Мировая добыча нефти достигает 3 млрд. т., при этом около 2% от нее теряется при транспортировке , авариях, из- за неполного сгорания топлива. В нефти установлено более 450 индивидуальных соединений. Основными компонентами, составляющими 90- 95 % нефти, являются углеводороды. Наиболее важные очаги загрязнения ими подземных вод отмечаются в нефтедобывающих районах, на территории нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, топливохранилищ, автозаправочных станций, вдоль трасс магистральных нефтепроводов, железных и автомобильных дорог.[12]

Основными миграционными формами органических загрязнителей в природных водах являются загрязнения в виде масляной фазы, а также растворенная, эмульгированная и адсорбированная на диспергированная частичках нефть и нефтепродукты. Наиболее опасной для природных подземных вод является растворенная форма, ввиду возможности миграции на большие расстояния.

Ф е н о л ы . В подземные воды фенолы могут попадать со сточными водами. Основную угрозу качеству питьевых вод представляют фенолы индустриального происхождения. Фенолы принято делить на две группы: летучие с паром (фенол, крезолы, ксиленолы) и нелетучие (пирокатехин, резорцин и др.). Наибольшую опасность для качества воды представляют летучие фенолы, которые широко распространены и образуют при обработке воды хлорированием хлорфенолы с более интенсивным запахом.

С и н т е т и ч е с к и п о в е р х н о с т н о а к т и в н ы е в е щ е с т в а (СПАВ). Большая часть применяемых СПАВ, относится к анионактивной группе. Основными источниками загрязнения являются бытовые стоки и стоки промышленных предприятий синтетического каучука, химических волокон, пластмасс, металлообрабатывающей промышленности. СПАВ, могут попадать в воды также с сельскохозяйственными стоками, так как находят широкое применение в сельском хозяйстве в качестве эмульгаторов пестицидов. Благодаря поверхностной активности (способность к пенообразованию, смачиванию, эмульгированию, солюбилизации, адсорбции на поверхности), СПАВ не только сами хорошо мигрируют, но и способствуют миграции других, обычно плохо растворимых загрязнителе, таких, как нефтепродукты, пестициды, канцерогенные вещества и др. Опасность загрязнения вод СПАВ связана также с с их биологической устойчивостью. Кроме того, СПАВ, придают запах и привкус воде [12].

Биологическое загрязнение.

Вызывается поступающими в подземные воды разнообразными микроорганизмами - вирусами, бактериями, водорослями, грибами, простейшими, актиномицетами. Наиболее опасные последствия вызывают болезнетворные бактерии и вирусы, поступающие в подземные воды на участках интенсивной и длительной фильтрации фекальных и хозяйственно- бытовых вод из дефектной канализационной сети, выгребных ям, скотных дворов, полей фильтрации, прудов для биологической очистки сточных вод и др. [13].

К болезнетворным микроорганизмам относятся вирус холеры, сальмонелла, шигелла, энтерококки, разнообразные вирусы (их около 700), вызывающие инфекционный гепатит, полиомиелит и другие болезни. Безопасность воды в эпидемиологическом отношении устанавливаются обычно по косвенным показателям - количеству бактерий группы кишечной палочки в 1 литре воды и общему количеству их в 1 мл воды. При подозрении бактериального заражении воды определяют, кроме того, содержание болезнетворных бактерий, кишечных вирусов, яиц гельминтов. Вместе с тем имеются данные, указывающие на недостаточность стандартных методов оценки бактериальной загрязненности подземных вод.

В прибрежные (инфильтрационные) водозаборы, расположенные на близких расстояниях от реки и в, особенности, отбирающие воду из трещиноватых или крупнозернистых пород, биологические загрязнения могут поступать из речных вод, привлекаемых водозабором. Крупные микроорганизмы, входящие в состав планктона рек и озер, обычно не проникают в подземные воды. Известны, однако, случаи, когда в подземных водах и водозаборах, расположенных на берегах мелководных водохранилищ появлялись сине-зеленые водоросли и железобактерии [5].

Большое количество органических веществ в водоносном горизонте, например из силосных ям, свалок, на которых складируются отходы пищевой промышленности, и т.п., вызывают интенсивный рост микроорганизмов. Значительная микробная активность может обусловить вторичное загрязнение подземных вод, выражающееся в уменьшении количества растворенного кислорода в воде; биохимическом превращении нитратов в аммоний, сульфатов - в сульфиды с осаждением сульфидов железа; выносе железа и марганца из почв и пород в создавшихся анаэробных условиях и отложении этих веществ в другой части водоносного пласта вследствие деятельности железобактерий и т.п.

Болезнетворные организмы, заражающие воды, используемые для хозяйственно- питьевого водоснабжения, могут вызвать вспышки эпидемий и пандемий холеры, чумы и других болезней, которые имели место в истории человечества [5].

Радиоактивное загрязнение.

Радиоактивное загрязнение связанно с повышением содержания в подземных водах радиоактивных веществ (урана, радия, стронция, цезия, трития и некоторых других элементов). С момента первых испытаний атомного оружия и практически до настоящего времени многие ученные бывшего СССР и других стран считают, что подземные воды не могут быть загрязнены искусственными радионуклидами, выпадающими на поверхность земли как в результате штатной, так и аварийной деятельности объектов атомной промышленности и энергетики. Поэтому подземные воды, как правило, не были объектами радиационного мониторинга. Подземные воды считаются загрязненными, если концентрации в них радионуклида достигает временного допустимого уровня [3]

Влияние радионуклидов, концентрации которых превышают фоновые или допустимые значения, на человека и окружающую среду мало изучено. При изучении влияния радиоактивного загрязнения на гидросферу нами принята концепция о беспороговой концентрации. В таком случае подземные воды относятся к загрязненным, если концентрация в них радионуклидов превышает их фоновые значения (сформированные после первых испытаний ядерного оружия), а степень их загрязнения определяется по соотношению фоновых и наблюдаемых концентраций. [6]

Авария на Чернобыльской АЭС показала, что подземные воды чувствительны к радиоактивному загрязнению. В Белоруссии и на Украине на загрязненных территориях радионуклиды обнаружены не только в грунтовых, но и в водонапорных глубокозалегающих подземных водах. В 70- километровой зоне в результате водной миграции постепенно загрязняются подземные воды. Радионуклиды в поверхностных и подземных водах образуют концентрации, в 3-4 раза превышающие средний уровень фоновых.

Источниками загрязнения могут быть: поверхностная вода (реки, водохранилища, пруды - охладители, подвергавшиеся воздействию радиоактивных выбросов), почвы и породы зоны аэрации, через которые радионуклиды по «быстрым» и «медленным» путям мигрируют в грунтовые воды; технические сооружения (скважины, колодцы, шурфы, шахты, могильники), вскрывающие подземные воды. Наиболее чувствительны к радиоактивному загрязнению подземные воды на территориях с неглубоким их залеганием (в поймах и первых надпойменных террасах рек, мелиоративных системах, на площадях с техногенным подтоплением). Следовательно, изучение и прогнозирование изменение степени защищенности подземных вод от радиоактивного загрязнения - важный вопрос при обеспечении безопасности населения в районах расположения АЭС и районах, подвергшихся радиоактивному загрязнению [3].

На возможность загрязнения подземных вод радионуклидами влияют многие факторы: сорбционные свойства, обеспечивающие задержание радионуклидов почвами и породами зоны аэрации, ограничение интенсивности продвижения (вплоть до полного задержания) с инфильтрационным потоком до грунтовых вод; миграционные свойства почв и пород зоны аэрации, зависящие от физико-механических, водно- физических, фильтрационных свойств, их минералогического состава и характеризующие интенсивность продвижения фронта загрязненных инфильтрующихся вод в глубь зоны аэрации до грунтовых вод; путь фильтрации (инфильтрации), т.е. мощность зоны аэрации или глубина залегания грунтовых вод; период полураспада радионуклидов; форма миграции радионуклидов (ионная, комплексная и др.); интенсивность процесса разбавления загрязненного инфильтрационного потока грунтовыми водами; наличие «быстрых» путей миграции (трещины, крупные поры, корнеходы, кротовины и другие естественные нарушения, содержащиеся в почвах и породах зоны аэрации, а также колодцы, скважины и другие инженерные сооружения, вскрывающие подземные воды и в случае пристенной фильтрации являющиеся источниками загрязнения)

Параметры переноса радионуклидов зависят от разных факторов. Поглощение долгоживущих радионуклидов (например, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr) песчано- глинистыми грунтами увеличивается с уменьшением крупности минеральных частиц и ростом содержания пылеватого и глинистого материала. Вертикальная миграция радионуклидов возрастает в более легких по механическому составу почвах, а также в почвах, содержащих меньшее количество органического вещества.

На миграцию радионуклидов, находящихся в растворенном состоянии и на коллоидных частицах, помимо состава почвы и метеорологических условий существенно влияют физико-химические свойства радиоактивных изотопов (⁹⁰Sr в отличие от ¹³⁷Cs, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce мигрируют главным образом в виде обменных форм с инфильтрационным потоком). Обменные формы мигрируют быстрее необменных, поэтому с ростом глубины в вертикальной миграции радионуклидов должен увеличиваться перенос обменных форм и проявляться в большей степени влияние индивидуальных специфических химических свойств радионуклидов. Миграция ¹³⁷Cs и других, подобных ему, радионуклидов, преобладающих в верхнем слое почвы, может происходить и за счет засыпания (лессиважа) частиц в трещины и биоперемешивания.