Инженерная экология

3.6.Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах

Внашей стране за основу приняты «естественные» нормативы качества воды (т.е. базирующиеся на биологической оценке степени вредоносности нормируемого вещества как при разработке санитарно-гигиенических норм,

так и рыбохозяйственных нормативов). Это является большим шагом по срав-

нению с «техническими» нормативами, так называемыми «standards», приня-

тыми за основу в США. В последние годы там появились и биологические нормативы «criteria», но они не являются обязательными. Технические норма-

тивы определяются возможностями существующих методов оценки сточных вод, и они более практичны. Биологические нормативы, в свою очередь, дают возможность оценивать реальное состояние водных экосистем и применять более эффективные методы ликвидации загрязнений.

Загрязнением водоемов называется отрицательное действие (нарушение или ухудшение условий водопользования), вызванное поступлением или появ-

лением в водоеме веществ, связанных прямо или косвенно с деятельностью человека. Различают три вида загрязнений:

50

1) первичное загрязнение – вызванное поступлением загрязняющих ве-

ществ и процессами непосредственного их превращения. В цикле первичного загрязнения могут появляться вторичные и последующие загрязняющие веще-

ства;

2) вторичное загрязнение – развивается как следствие первичного за-

грязнения и представляет собой новый цикл загрязнения; 3) повторное загрязнение – вызванное повторным выносом загрязняю-

щих веществ вследствие первичного загрязнения. Например, вынос осевших на дно или вмерзших в лед нефтепродуктов во время паводка или таяния льда.

Источники загрязнения водных объектов могут быть организованными,

с локализованным местом поступления и устройствами для сброса (хозяйст-

венно-бытовые стоки, промышленные сточные воды); неорганизованными, не имеющими локализованного места сброса и устройств или приспособлений для сброса (лесосплавы, смывы удобрений с полей, заносы пестицидов при авиаобработках); полуорганизованные, имеющие одно из двух перечисленных условий (буровые вышки, смывы с территорий складов, предприятий транс-

порта и др.).

По времени действия загрязнение водоемов может быть постоянным

(поступающим в течение всей вегетационной части года), периодическим (во-

доем не успевает восстанавливать свои свойства в промежутках между посту-

плением загрязняющих веществ) и разовым (водоем успевает восстанавли-

ваться).

Интенсивность прямого действия загрязняющих веществ оценивается следующими параметрами:

- остролетальными концентрациями, вызывающими гибель живых орга-

низмов в течение от нескольких часов до 10 суток;

- хроническими летальными концентрациями, вызывающими гибель жи-

вых организмов в более длительные сроки;

- сублетальными концентрациями (угнетающими), нарушающими ос-

новные жизненные функции – рост, размножение, обмен веществ;

51

-стимулирующими концентрациями;

-недействующими концентрациями.

Характер влияния загрязняющих веществ на водоемы и водные организ-

мы подразделяются на три основные группы, которые принято называть лими-

тирующими показателями вредности (ЛПВ) [20].

1. Общесанитарный ЛПВ. Включает в себя изменение трофии водоемов,

снижение концентрации растворенного кислорода, изменение солености и температуры среды, механическое загрязнение твердыми и жидкими вещест-

вами.

2. Токсикологический ЛПВ. Отражает прямое токсическое действие ве-

ществ на водные организмы.

3. Хозяйственный (рыбохозяйственный) ЛПВ. Показывает порчу товар-

ного качества промысловых водных организмов.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) устанавливается по наи-

меньшей пороговой концентрации с учетом следующих сторон действия: ста-

бильности вредных веществ в воде, влияния их на санитарный режим (способ-

ность к самоочищению) водоемов, влияния на органолептические свойства во-

ды, влияние на здоровье населения, использующего воду. Указанные показа-

тели относятся к ПДКВ и считаются санитарно-гигиеническими. Существует еще один вид ПДК, отражающий не только санитарно-гигиенические требова-

ния к качеству воды, но и экологические – ПДКр.в. (рыбохозяйственных водо-

емов).

Нормируемым показателем, используемым для охраны водной среды от загрязнений, является предельно допустимый сброс (ПДС). Предельно допус-

тимый сброс веществ в водный объект – это масса вещества в сточных водах,

максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качест-

ва воды в контрольном пункте.

ПДС устанавливается с учетом ПДК веществ в местах водопользования,

ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределе-

52

ния массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасываю-

щими сточные воды.

Проекты ПДС разрабатываются и утверждаются для предприятий и ор-

ганизаций, имеющих или проектирующих самостоятельные выпуски сточных вод в водные объекты, прежде всего в зонах повышенного загрязнения в целях соблюдения ПДК в контрольных створах водопользования. Утверждаются проекты ПДС органами природопользования, величины ПДС действительны только на установленный период, после чего подлежат пересмотру.

4. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЛИТОСФЕРУ

4.1. Строение, состав и свойства литосферы

(от греч. λίθος — камень и σφαίρα — шар, сфера) — твѐрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии до астено-

сферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изме-

нении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные об-

ласти (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы.

Литосфера под океанами и континентами значительно различается. Ли-

тосфера под континентами состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев общей мощностью до 80 км. Литосфера под океанами претерпела мно-

жество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами, в основном состоит из дунитов и гарцбургитов, еѐ толща составляет 5 – 10 км, а гранит-

ный слой полностью отсутствует.

Одним из важнейших свойств почвы является ее плодородие. Плодоро-

дие почвы – способность почвы удовлетворять потребность растений в эле-

ментах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нор-

мальной жизнедеятельности. Это эмерджентное свойство почвы. При взаимо-

действии компонентов почвы появляется плодородие. Почва состоит из пере-

гноя, азота, фосфора, калийных солей, воды, воздуха, глины и песка.

53

Развитие учения о плодородии почв связано с именем В.Р. Вильямса.

Он детально исследовал формирование и развитие плодородия почвы в ходе природного почвообразования, рассмотрел условия проявления плодородия в зависимости от ряда свойств почвы, а также сформулировал основные поло-

жения об общих принципах повышения плодородия почв при их использова-

нии в сельскохозяйственном производстве [21].

Развитие почв и почвенного покрова, как и формирование их плодоро-

дия, тесно связано с конкретным сочетанием природных факторов почвообра-

зования многообразным влиянием человеческого общества, с развитием его производственных сил, экономических и социальных условий.

Благодаря своим особым качествам почва играет огромную роль в жизни органического мира. Являясь продуктом и элементом ландшафта – особым природным телом, она выступает как важная среда в развитии природы земно-

го шара.

Находясь в состоянии непрерывного обмена веществом и энергией с ат-

мосферой, биосферой, гидросферой и литосферой, почвенный покров высту-

пает как незаменимое условие поддержания между всеми ее сферами сложив-

шегося на Земле равновесия, столь необходимого для развития и существова-

ния жизни на нашей планете во всех ее многообразных формах.

Вместе с тем, обладая свойством плодородия, почва выступает как ос-

новное средство производства в сельском хозяйстве. Используя почву как средство производства, человек существенно изменяет почвообразование, вли-

яя как непосредственно на свойство почвы, ее режимы и плодородие, так и на природные факторы, определяющие почвообразование. Посадка и вырубка ле-

сов, возделывание сельскохозяйственных культур изменяют облик естествен-

ной растительности; осушение и орошение меняют режим увлажнения и т.п.

Не менее резкие воздействия на почву вызывают приемы ее обработки, при-

менение удобрений и средств химической мелиорации (известкование, гипсо-

вание).

54

Следовательно, почва является не только предметом приложения чело-

веческого труда, но в известной степени и продуктом этого труда.

Литосфера загрязняется жидкими и твердыми загрязняющими вещест-

вами и отходами. Установлено, что ежегодно на одного жителя Земли образу-

ется одна тонна отходов, в том числе более 50 кг полимерных, трудноразла-

гаемых.

Источники загрязнения почвы могут быть классифицированы следую-

щим образом.

Жилые дома и коммунально-бытовые предприятия. В составе загряз-

няющих веществ этой категории источников преобладают бытовой мусор,

пищевые отходы, строительный мусор, отходы отопительных систем, при-

шедшие в негодность предметы домашнего обихода и т.п. Все это собирается и вывозится на свалки. Для крупных городов сбор и уничтожение бытового мусора на свалках превратились в трудноразрешимую проблему. Простое сжи-

гание мусора на городских свалках сопровождается выделением ядовитых ве-

ществ. При сжигании таких предметов, например, хлорсодержащих полиме-

ров, образуются сильно токсичные вещества – диоксины. Несмотря на это в последние годы разрабатываются способы уничтожения бытового мусора ме-

тодом сжигания. Перспективным способом считается сжигание такого мусора над горячими расплавами металлов.

Промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных от-

ходах присутствуют вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и растения. Например, в отходах металлургической про-

мышленности обычно присутствуют соли цветных и тяжелых металлов. Ма-

шиностроительная промышленность выбрасывает в окружающую природную среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия; при производстве пластмасс и искусственных волокон образуются отходы, содержащие фенол, бензол, сти-

рол; при производстве синтетических каучуков в почву попадают отходы ка-

тализаторов, некондиционные полимерные сгустки; при производстве резино-

вых изделий в окружающую среду поступают пылевидные ингредиенты, сажа,

55

которые оседают на почву и растения, отходы резинотекстильных и резино-

вых деталей, а при эксплуатации шин – изношенные и вышедшие из строя по-

крышки, автокамеры и ободные ленты. Хранение и утилизация изношенных шин в настоящее время являются еще нерешенными проблемами. Степень утилизации изношенных шин не превышает 30% от общего их объема.

Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды, оксид углерода, сажа и дру-

гие вещества, оседающие на поверхность земли или поглощаемые растениями.

В последнем случае эти вещества также попадают в почву и вовлекаются в круговорот, связанный с пищевыми цепями.

Сельское хозяйство. Загрязнение почвы в сельском хозяйстве происхо-

дит вследствие внесения огромных количеств минеральных удобрений и ядо-

химикатов. Известно, что в составе некоторых ядохимикатов содержится ртуть.

Рассмотрим более подробно загрязнение почвы тяжелыми металлами и ядохимикатами.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами. Тяжелыми металлами назы-

вают цветные металлы, плотность которых больше плотности железа. К ним относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, хром, ртуть.

Особенностью тяжелых металлов является то, что в небольших количе-

ствах почти все они необходимы для растений и живых организмов. В орга-

низме человека тяжелые металлы участвуют в жизненно важных биохимиче-

ских процессах. Однако превышение допустимого их количества приводит к серьезным заболеваниям.

Тяжелые металлы накапливаются в почве и способствуют постепенному изменению ее химического состава, нарушению жизнедеятельности растений и живых организмов. Из почвы тяжелые металлы могут попасть в организм животных и людей и вызывать нежелательные последствия.

Установлено, что ртуть в почву поступает с некоторыми пестицидами,

бытовыми отходами и вышедшими из строя измерительными приборами. На-

56

пример, одна люминесцентная лампа содержит 80 мг ртути. Суммарные не-

контролируемые выбросы ртути составляют 4-5 тыс. т/год. Предельно допус-

тимая концентрация ртути в почве составляет 2,1 мг/кг. При постоянном по-

ступлении ртути в организм в малых количествах происходит поражение нервной системы, приводящее к легкой возбудимости и ослаблению памяти.

Весьма токсичным для живых организмов является свинец. Из каждой тонны добываемого свинца до 25 кг его поступает в окружающую среду. Ог-

ромное количество свинца выделяется в атмосферу вместе с выхлопными га-

зами автомобилей при сжигании этилированного бензина, так как 1 л бензина содержит до 0,5 г тетраэтилсвинца. Загрязнение почвы и растений свинцом вдоль автомобильных дорог распространяется на расстояние до 200 метров.

Предельно допустимая концентрация свинца в почве равна 32 мг/кг. Превы-

шение этого показателя увеличивает вероятность попадания свинца в организм человека через сельскохозяйственные продукты, что может привести к пора-

жению центральной нервной системы, печени, почек и мозга. В промышлен-

ных районах содержание свинца в почве в 25-27 раз больше, чем в сельскохо-

зяйственных.

Загрязнение почвы медью и цинком ежегодно составляет 35 и 27 кг/км соответственно. Повышение концентраций этих металлов в почве приводит к замедлению роста растений и снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

Большую опасность для человека представляет накопление в почве кад-

мия. В природе кадмий находится в почве и в воде, а также в тканях растений.

Всемирная организация здравоохранения рекомендовала ограничение дозы кадмия, поступающего с пищей в организм человека, до 70 мкг в сутки. По-

требление пищи, содержащей повышенные дозы кадмия, приводит к деформа-

ции скелета, снижению роста и сильным болевым ощущениям в пояснице.

Загрязнение почвы пестицидами. Почва загрязняется также при исполь-

зовании в сельском хозяйстве пестицидов. Известно, что нормальный рост растений определяется различными физическими, химическими и биологиче-

57

скими процессами, которые протекают в почве. При попадании в почву пес-

тициды могут быть включены в эти процессы с их накоплением в растениях.

Кроме того, они сохраняют устойчивость в почве длительное время, что также обуславливает их накопление в пищевых цепях.

Одним из первых пестицидов был печально известный ДДТ – дифенил-

дихлортрихлорэтан. Этот препарат обладал высокоэффективными инсекти-

цидными свойствами и поэтому долгое время успешно применялся против ма-

лярийных комаров, клещей, вшей. В 1944–1946 годах с помощью ДДТ успеш-

но подавляли очаги сыпного тифа в Неаполе и малярии в некоторых провин-

циях Италии. В СССР с помощью ДДТ был уничтожен клещ, переносящий та-

ежный энцефалит. Однако много позже обнаружилось, что ДДТ, обладая вы-

сокой устойчивостью в природной среде, способен накапливаться в пищевых цепях и наносить существенный вред животному миру. Попадая в организм человека, ДДТ аккумулируется в мозге и действует как нервный яд. При этом нормальное функционирование мозга может быть нарушено.

Применение ДДТ в настоящее время запрещено, но предполагают, что в биохимическом круговороте количество ДДТ в настоящее время составляет около 1 млн.т.

Необходимость применения пестицидов в сельском хозяйстве обуслов-

лена тем, что без них урожайность сельскохозяйственных культур резко пада-

ет и составляет лишь 20-40% от возможной при их применении. Трудно себе представить уничтожение колорадского жука на картофельных плантациях без применения пестицидов.

Загрязнение литосферы при захоронении радиоактивных отходов. В

процессе ядерной реакции на атомных электростанциях лишь 0,5-1,5% ядерно-

го топлива превращается в тепловую энергию, а остальная часть (98,5-99,5%)

выгружается из атомных реакторов в виде отходов. Эти отходы представляют собой радиоактивные продукты расщепления урана – плутоний, цезий, строн-

ций и другие. Если учитывать, что загрузка ядерного топлива в реакторе со-

58

ставляет 180 тонн, то утилизация и захоронение отработанного ядерного топ-

лива представляют собой трудноразрешимую проблему.

В настоящее время одним из безопасных способов устранения опасности радиоактивного излучения твердых ядерных отходов является их захоронение.

Твердые радиоактивные отходы хоронят в специальных контейнерах в под-

земных штольнях, тоннелях. К ним предъявляются особые требования при транспортировке к месту захоронения.

4.2. Самоочищение почвы

Почва относится к трехфазным системам, однако физико-химические процессы, протекающие в почве, чрезвычайно замедлены, и растворенные в почве воздух и вода не оказывают существенного ускоряющего воздействия на протекание этих процессов. Поэтому самоочищение почвы, по сравнению с самоочищением атмосферы и гидросферы, происходит очень медленно. По интенсивности самоочищения эти компоненты биосферы располагаются в следующей последовательности: атмосфера – гидросфера – литосфера.

В результате вредные вещества в почве постепенно накапливаются, со временем становясь угрозой для человека.

С течением времени почва освобождается от элементов мертвой приро-

ды и несвойственных ей веществ посредством, так называемых процессов са-

моочищения. Под ними понимаются свойства почвы перерабатывать посту-

пающие в нее как неорганические, так и органические вещества.

Способность почвы к самоочищению является весьма важным свойст-

вом ее в санитарном и эпидемиологическом отношениях.

Процессы самоочищения в значительной мере зависят от структуры почвы. В частности, они интенсивно протекают в пористых почвах, состоящих из комочков (зерен) размером от 2 до 10 мм. Поэтому при прочих равных ус-

ловиях процессы самоочищения будут протекать более интенсивно в песчаной и супесчаной, чем плотной глинистой почве.

59