Химическое загрязнение природных вод

Загрязнение хлорорганическими  соединениями (ХОС). Человечество долгое время недооценивало опасность  производства хлорорганической продукции (пестициды, побочные продукты производств, где хлор используется в качестве отбеливателя). 

С химической точки зрения органические соединения хлора, загрязняющие биосферу и представляющие наибольшую опасность, можно разделить на несколько групп:

1. Хлорпроизводные  циклоалканов и циклоалкадиенов,  например, гексахлоран

2. ДДТ и его  производные

3. Хлорпроизводные диоксина

4. Хлорпроизводные  дибензофурана

5. Хлорбифенилы 

Последние три  группы объединяют нередко под одним  названием полихлорполициклические  соединения (ПХПС).

Почти все ХОС  чрезвычайно опасны для теплокровных, в силу того что они: 

1. высокотоксичны;

2. обладают большой биологической активностью полифункционального характера;

3. необычайно  устойчивы в окружающей среде  и живых организмах;

4. способны к  накоплению в пищевых цепях;

5. характеризуются  большим временем удержания;

6. образуют стабильные  и токсичные продукты распада или трансформации.

 

Так, например, наиболее широко распространенный в недавнем прошлом инсектицид ДДТ обнаружен  сейчас на всех уровнях биосферы (даже в жировых тканях пингвинов в  Антарктике!). Его период полураспада  несколько лет. Производство и применение ДДТ в нашей стране запрещено с 1972 г., однако последствия его вредоносного действия будут еще очень долго проявляться. 

ПХПС еще более  опасны, так как, даже находясь в  организме в ничтожных концентрациях, подавляют иммунную систему и адаптационные возможности, а в более высоких концентрациях канцерогенны. Они нарушают передачу нервных импульсов и некоторые генетические механизмы. Признано, что ПХПС на сегодняшний день – сильнейшие ксенобиотики, действие которых на биосферу полифункционально и еще далеко не полностью изучено. 

Загрязнение нефтью. С 1980 г. добыча нефти растет по экспоненте, и сейчас ее ежегодно извлекают из недр Земли и донных отложений  в объеме 3,2*1012 л. 

В состав нефти  входит более 150 различных углеводородов, из них примерно одну половину составляют алифатические, а другую - ароматические. В различных сортах нефти (в зависимости от происхождения) доля каждого компонента варьирует в широких пределах, так же как и доля других, более редких составных частей, содержащих, в частности, азот, серу, кислород, железо, никель, ванадий, медь и т. д. 

Выделяют пять типов воздействия нефти на морские  экосистемы: 

1. Непосредственное  отравление живых организмов  с летальным исходом.

2. Нарушение  физиологической активности у  гидробионтов.

3. Прямое обволакивание  нефтепродуктами живого организма.

4. Возникновение  болезней, вызванное попаданием  в организм углеводородов.

5. Негативные  изменения в среде обитания. 

В водоемах нефть  и нефтепродукты скапливаются первоначально  в поверхностной пленке, однако затем при перемешивании воды образуются устойчивые эмульсии в толще воды, которые частично растворяются или оседают на дно, Аэробные бактерии, деятельность которых обусловливает естественное самоочищение водоемов, окисляют нефтепродукты до нетоксичных соединений (в конечном итоге до СО2 и Н2О). 

Таким образом, в окружающей среде оказываются  значительно менее вредные соединения. Однако эти процессы идут очень медленно и лишь при определенных условиях (достаточной концентрации кислорода  и температуры воды не ниже 5 – 10oС). 

В пресноводных водоемах летальной концентрацией  нефтепродуктов для взрослых особей рыб считаются значения около 10 – 15 мг/дм3, а при значительно более  низких концентрациях (0,05 – 1,0 мг/дм3) гибнут икра и мальки, а также планктон – кормовая база рыб [78]. 

Таковы некоторые  виды первичных эффектов, возникающих  при загрязнении водоемов. 

Необходимо обратить внимание и на то, что устойчивость водных систем по отношению к потокам  загрязнителей зависит от климатогеографических условий. Так, если в умеренном климате какой-то условной реке требуется 200 – 300 км для того, чтобы справиться с каким-то количеством хозяйственно-бытовых стоков за счет процессов "самоочищения", то при прочих равных условиях на Севере это расстояние возрастает до 1000 – 1500 км из-за низких температур, короткого вегетационного периода, меньшей активности жизненных процессов и продуктивности этих систем, более высоких требований гидробионтов к качеству воды. 
 
 
 
 
 

V.ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И СЕЛЬСКОГО

ХОЗЯЙСТВА НА ВОДНУЮ СРЕДУ 

 Предприятия  энергетики 

Взаимодействие  энергетических предприятий с окружающей средой происходит на всех стадиях  добычи и использования топлива, переработки и передачи энергии. В составе загрязнителей - взвешенные вещества, нефтепродукты, хлориды, сульфаты, соединения тяжелых металлов, сероводород, формальдегид и др. При промывке поверхностей агрегатов образуются разбавленные растворы соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ. Кроме того, сбросы охлаждающей воды ядерных энергетических установок АЭС не исключают поступления радионуклидов в

водную среду. Основным фактором воздействия на гидросферу являются выбросы теплоты, следствиями  которых могут быть: постоянное или  временное повышение температуры в водоеме; изменение условий ледостава, зимнего гидрологического  режима; изменение условий паводков; нарушение кислородного баланса; изменение распределения осадков, испарений, туманов, и как следствие, нарушение микроклимата территории.

ГЭС также оказывают  существенное влияние на природную  среду, которое проявляется как  в период строительства, так и  при их эксплуатации. На территории области находится 9 плотин крупных  гидроузлов. Сооружение плотин приводит к затоплению значительной территории (лесных массивов и сельскохозяйственных земель, жилых поселков, инфраструктуры, месторождений полезных ископаемых) и влияет на рельеф побережья, особенно при строительстве их на равнинных реках. Затопление территории и изменение гидрологического режима вызывает изменения гидрохимического и гидробиологического режимов. Существенно меняется ледовый режим водных масс: сроки ледостава, толщина ледяного покрова. При интенсивном испарении с поверхности водохранилищ возможно нарушение микроклимата территории: повышение влажности воздуха, образование туманов, усиление ветра. Глубинная холодная вода, поступающая в нижний бьеф, может угнетать теплолюбивые растения и микроорганизмы

и приводить  к изменению видового состава  ихтиофауны. Застойный режим, сбросы сточных вод, заболачивание, накопление тяжелых металлов в донных отложениях превращает водохранилища в источник  вторичного загрязнения рек.  Так, например, гниение некоторых компонентов донных отложений может привести к выделению сероводорода. 

Машиностроительный комплекс 

На машиностроительных предприятиях имеется ряд производств  с высоким уровнем загрязнения  водной среды. К ним относятся:

-внутризаводское  энергетическое производство и  другие процессы, свя-занные со  сжиганием топлива;

-литейное производство;

-металлообработка  конструкций и отдельных деталей;

-сварочное производство;

-гальваническое  производство;

-лакокрасочное  производство.

По уровню загрязнения  окружающей среды районы гальванических и красильных цехов сопоставимы  с химической промышленностью; литейное производство сравнимо с металлургией; территории заводских котельных – с районами ТЭС. Гальваническое производство  – один из наиболее крупных источников образования сточных вод в машиностроении. Основными загрязнителями сточных вод гальванических производств являются ионы тяжелых металлов, неорганических кислот и щелочей, цианиды, поверхностно-

активные вещества. Со сточными водами машиностроительного комплекса в водоемы поступают нефтепродукты, сульфаты, хлориды, взвешенные вещества, ПАВ, цианиды, соединения азота, серы, углерода, железа, меди, фосфора, цинка, никеля, молибдена, хрома, синтетические смолы, органические растворители и катализаторы, индустриальные масла и металлическая пыль. 

Текстильная и  химическая промышленность 

Среди всех отраслей промышленности наибольший вклад в загрязнение водоемов вносят химическая и нефтехимическая промышленность. Основные загрязнители  – нефтепродукты, сульфаты, хлориды, взвешенные вещества, азот, фосфор, аммиак, нитраты, нитриты, цианиды, кадмий, кобальт, марганец, медь, никель, ртуть, свинец, хром, цинк, сероводород, сероуглерод, спирты, бензол, формальдегид, фенолы, ПАВ, пестициды. На производство 1 т синтетического волокна расходуется в среднем 2000 м3

воды, на производство 1 т пластмасс от 500 до 1000 м3. В среднем химическое предприятие расходует воды на 1 т продукции около 21 000 м3/год. Основными загрязнителями являются органические растворители,

взвешенные вещества, красители с содержанием сероводорода, серной кислоты и сульфата натрия, кадмий, хлорированные этилены. Только 20 % красителей адсорбируется волокнами, остальная часть переходит в сточные воды. 

 Сельское  хозяйство 

Сельское хозяйство  оказывает существенное влияние  на водный режим и водный баланс территории. Как правило, увеличивается  поверхностный сток; соответственно снижается подземный сток и запасы влаги в почве. Кроме того, многократно  увеличивается водная эрозия почв. В сельском хозяйстве используется большое (более 150 видов) количество  пестицидов,  т. е. ядохимикатов, используемых для борьбы с различными вредителями, болезнями, сорняками:  инсектицидов (насекомые), фунгицидов (грибы), гербицидов (растения), акарицидов (клещи) и др. Пестициды включаются в процессы биоаккумуляции, приводящей к многократному повышению их концентрации по мере продвижения по пищевым цепям (пример – ДДТ). Серьезной проблемой применения ядохимикатов остается и резистентность, т. е. передающееся по наследству привыкание к пестицидам, снижающее их эффективность. Наиболее вероятными источниками загрязнения являются также стоянки сельскохозяйственных машин, склады ГСМ, мелкие скотные дворы и фермы, склады минеральных удобрений и пестицидов. В результате распашки этих территорий прибрежные полосы размываются, разрушается почва, заиливаются русла рек.

Загрязняющие  вещества поступают в водоемы  и за счет смыва с сельскохозяйственных территорий. Существующие оценки показывают, что с поверхности полей смывается до  50 % удобрений и ядохимикатов. Особенно опасны крупные животноводческие комплексы и птицефермы, где уборка навоза производится гидросмывом без очистки сточных вод,  в результате чего водоемы  загрязняются болезнетворными бактериями, вирусами и гельминтами. Кроме того, в результате накопления  биогенных элементов, прежде всего за счет удобрений и стоков ферм, происходит эвтрофикация (повышение биологической продуктивности) водоемов. 
 
 
 

Жилищно-коммунальное хозяйство 

Жилищно-коммунальное хозяйство дает до половины и более  объема загрязненных сточных вод, сбрасываемых в водоемы. В отличие от других водопотребителей оно почти не возвращает в водоисточники очищенную воду. Загрязненные стоки городских коммунальных служб в основном складываются из сбросов неочищенных стоков городских очистных сооружений; стока ливневых талых и промывочных вод с селитебной зоны; из утечек и прорывов системы канализации; стоков зон частной застройки; бытовых стоков селитебной территории и утечек нефтепродуктов со стоянок и с территории гаражей. Особенно сложная ситуация в сельской местности, где практически отсутствует централизованное водоснабжение и нет системы очистных сооружений. Основными загрязнителями являются соединения азота и фосфора, нитраты, сульфаты, хлориды, взвешенные вещества, ПАВ, нефтепродукты, различные органические соединения. Кроме того, бытовые стоки, зараженные патогенами, могут быть причиной возникновения различных эпидемий. В водоемы с недостаточно очищенными стоками попадают возбудители заболеваний, жизнеспособные в течение длительного времени. Через воду распространяются многие виды кишечных инфекций, в частности  дизентерия и амебная дизентерия вирусы гепатита и полиомиелита, туберкулезные бактерии некоторые виды гельминтов 

Кислотные дожди 

Кислотными дождями  называют все виды метеорологических  осадков  (дождь, снег, град, туман, дождь со снегом), показатель рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, равное 5,6.Кислотный дождь образуется в результате химического взаимодействия оксидов серы (SO2 и SO3) и азота (NOх) с водой в атмосфере. Эти вещества выбрасываются автомобильным транспортом, образуются в результате деятельности металлургических и химических предприятий, а также при сжигании ископаемого топлива на электростанциях (при высокой температуре азот горит в кислороде воздуха). Вступая в реакцию с водой, оксиды превращаются в растворы кислот – серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем вместе со снегом или дождем они выпадают на землю. В настоящее время последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются практически во всех странах Земного шара. Он оказывает отрицательное воздействие на водоемы – озера, реки, заливы, пруды, повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН =7 – 9,2. С увеличением кислотности водяные растения гибнут, лишая других животных водоема пищи. При рН = 6 погибают пресноводные креветки, а при повышении рН до 5,5 – донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон, он составляет основу пищевой цепи водоемов и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда рН достигает 4,5,погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.