Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Техносфера и окружающая среда. Учебное пособие.pdf
Расход дождевых сточных вод с 1 га площади территории города
достигает 150 л/с (1 раз в год) и 300 л/с (1 раз в 10 лет). Это в 50 – 300 раз
больше расхода сточных бытовых вод. В то же время общий расход дождевых сточных вод за год составляет 1500…2000 м
3
с 1 га, т.е. в 5 – 30 раз
меньше расхода бытовых сточных вод.
Талые сточные воды образуются при таянии льда и снега. Талые
воды по сравнению с дождевыми отличаются более высоким значением
показателей загрязнения и более широким диапазоном их колебаний.
Наиболее высокое содержание примесей наблюдается в стоке с проезжей
части дорог. Концентрация основных п
римесей в этом стоке (взвешенных
веществ, растворённых и эфирорастворимых примесей) в десятки раз выше, чем в смешанном стоке талых вод в дождевом коллекторе. Как правило, содержание взвешенных веществ в талых водах превышает 1 г/л и
чаще всего составляет 2…4 г/л. Показатель ХПК колеблется от 0,5 до
3,5 г/л. По БПК
талые воды приближаются к бытовым сточным
полн
водам (100…300 мг/л). Содержание эфирорастворимых веществ составляет в среднем около 100 мг/л.
В период интенсивного стока в гранулометрическом составе твёрдых
продуктов превалируют грубодисперсные частицы и на долю ила и мелкой пыли приходится лишь 40% от общего количества частиц, слагающих
почву. Грубодисперсный гранулометрический состав твёрдых пр
одуктов
середины стока талых вод обусловливает пониженное, в сравнении с пахотным слоем слабосмытых чернозёмов, содержание углерода.
В период максимального интенсивного стока (вторая декада апреля),
когда снег тает не только на хорошо инсолируемых склонах южной экспозиции, но и на холодных, северных, вынос химических элементов поверхностным стоком талых вод заме
тно увеличивается. В этот период
на водосборе водоёма талые воды выносят от 5 до 25 кг/га кальция, от
3 до 10 кг/га калия с натрием. В 1,5 раза, по сравнению с началом снеготаяния, возрастает вынос аниона угольной кислоты, стабилизируется вынос сульфатов и хлоридов.
Поливные сточные воды – воды от поливки улиц, от фонтанов и др
енажей по качественной характеристике загрязнений близки к ливневым и
удаляются вместе с ними.
Достаточно широко используется понятие «городские сточные
воды». Под ним понимается смесь бытовых и производственных сточных
вод. В реальных условиях в чистом виде бытовых вод не бывает. В сточных водах, поступающих от городов, всегда содержатся комп
оненты
загрязнений, характерные для производственных сточных вод (нефтепродукты, кислоты, щёлочи, соли и др.). При решении задач отвода и очистки
городских сточных вод это необходимо учитывать.
71
2.5. ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ
К основным химическим загрязняющим веществам, попадающим
в водоёмы, относятся органические вещества, нефть и нефтепродукты,
тяжёлые металлы, синтетические поверхностно-активные вещества
(СПАВ), пестициды, удобрения, биогенные вещества.
Загрязнение воды органическими веществами. Органические ве-
щества поступают из бытовых, сельскохозяйственных или промышленных стоков. Их разложение происходит под действием микроорганизмов
и сопровождается потреблением растворённого в во
де кислорода.
Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой
для патогенных организмов. Вода, загрязнённая органическими отходами,
становится практически непригодной для питья и других надобностей.
Во время сброса и прохождения органических отходов сквозь столб
воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество
воды, другая сорбируется частицами взвеси и п
ереходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических
веществ чисто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде,
часто к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению
металлов в растворённой форме, появлению сероводорода. Присутствие
большого количества органических веществ создаёт в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип ил
овых
вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию
сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются организмы
бентоса.
Загрязнение воды нефтью и нефтепродуктами. Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Основные
источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти
в качестве топлива и про
мышленного сырья (табл. 15).
Нефтяное загрязнение воды проходит несколько стадий. Сначала
нефтепродукты тонкой плёнкой покрывают поверхность воды (при разливах толщина нефтяного покрытия может составлять несколько сантиметров). Затем, через некоторое время образуется эмульсия нефти в воде или
воды в нефти. Далее возникают комочки тяжёлой фракции нефти, нефтяные агрегаты, которые способны до
лго плавать на поверхности воды.
Все компоненты нефти токсичны для морских организмов. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие. Например, в большом количестве развиваются микроорганизмы, питающиеся нефтяными углеводородами, а биомасса этих микроорганизмов ядовита для многих морских обитателей.
72
15. Поступление нефтепродуктов в океан17
Источник поступления нефтепродуктов в океан Количество, млн т/год
Танкерный флот 1,46
Остальное судоходство 0,50
Атмосферный перенос с континентов 0,30
Естественные утечки нефти со дна 0,25
Неочищенные промышленные воды 0,20
Дождевая вода с городских территорий 0,12
Прибрежная нефтеперерабатывающая про-
мышленность
0,10
Добыча нефти на шельфе 0,05
Речной сток 0,04
Итого 3,02
Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и
канцерогенной природы, например бензапирен. Поверхностные нефтяные
плёнки нарушают газообмен между атмосферой и океаном. Измененяются
процессы растворения и выделения кислорода, углекислого газа, теплообмена воды.
Загрязнение воды тяжёлыми металлами. К основным тяжёлым
металлам, загрязняющим гидросферу, необходимо отнести ртуть, свинец,
цинк, медь, хром, олово, марганец. Наибольшую оп
асность для водной
среды из металлов представляют ртуть, свинец, кадмий и их соединения.
Величина загрязнения океанов некоторыми тяжёлыми металлами представлена в табл. 16.
16. Величина загрязнения океанов
Загрязняющее вещество
некоторыми тяжёлыми металлами
Объём сброса в океан от искусственных
источников, тыс. т/год
18
Свинец 2100
Кадмий 17
Ртуть 7
17
Данные по: Трушина Т. П. Экологические основы природопользования. –
Изд. 3-е, доп. и пер. – Ростов н/Д. : Феникс, 2005.
18
Там же.
73
По своему токсичному действию в морской среде особую опасность
представляет ртуть. Под влиянием микробиологических процессов токсичная неорганическая ртуть превращается в гораздо более токсичные
органические формы ртути (например, метилртуть), которые накапливаются в рыбе или в моллюсках.
Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному
отравлению прибрежного населения. Например, в 1977 году в Японии
в заливе Минамато в резул
ьтате сброса в воды залива неочищенных сточных вод предприятиями по производству хлорвинила и ацетальдегида
более 28
000 человек погибло от отравления соединениями ртути, исполь-
зуемыми на заводах в качестве катализатора. Из-за большого числа жертв
было даже предложено специальное название – болезнь Минамото.
Загрязнение воды синтетическими поверхностно-активными
веществами. Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ)
находят всё более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве, попадая зате
м со сточными водами
в водоёмы. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность
к пенообразованию у СПАВ появляется уже при концентрации 1…2 мг/л.
В случае образования поверхностных плёнок, содержащих нефтяные
углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух–вода.
Загрязняющие вещест
ва, поступающие в раствор, накапливаются в тканях
и органах водных организмов и оказывают на них токсическое действие.
Сброс СПАВ на дно и длительная повышенная мутность придонной воды
приводит к гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счёт
ухудшения условий питания и дых
ания. Нередко изменяется видовой
состав данного сообщества.
Загрязнение воды пестицидами. Пестициды (ядохимикаты) – это
химические препараты для защиты сельскохозяйственной продукции,
растений, для уничтожения паразитов у животных, для борьбы с переносчиками опасных заболеваний и т.п.
Расширенное производство и применение пестицидов на полях приводят к сильному загрязнению водоёмов вредными со
единениями. Пестициды (особенно хлорированные углеводороды) широко применяются
в качестве средств борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства,
переносчиками инфекционных болезней.
Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения пестицидов при обработке водоёмов для борьбы с вредителями, поступления в водоёмы воды, стекающей с поверхности обработанных сель-
74
скохозяйственных угодий, при сбросе в водоёмы отходов предприятийпроизводителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.
Пестициды легко растворимы в жирах и поэтому накапливаются
в органах рыб, млекопитающих, морских птиц. Они почти не разлагаются
в природных условиях, а только накапливаются в водной среде. При этом
он
и токсичны, влияют на кроветворную систему, подавляют фермента-
тивную активность, сильно влияют на наследственность организмов.
Загрязнение воды удобрениями. Наряду с пестицидами сельскохозяйственные сточные воды содержат значительное количество остатков
удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большое количество органических соединений азота и фосфора попадают
со стоками от животнов
одческих ферм, а также с канализационными
стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоёме.
Увеличение содержания нитритов и нитратов в поверхностных и
подземных водах ведёт к загрязнению питьевой воды и к развитию некоторых заболеваний, а рост этих веществ в водоёмах вызывает их усиленную эвтро
фикацию, т.е. увеличение запасов биогенных и органических
веществ, из-за чего бурно развиваются планктон и водоросли, поглощая
весь кислород в воде.
Сброс очень большого количества биогенных веществ в водоём наряду со сбросом тёплых сточных вод значительно ухудшает ситуацию
в экосистеме. На первой стадии в водоёме резко увели
чивается количество микроскопических водорослей. Затем с увеличением кормовой базы
возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов.
Далее происходит отмирание огромного количества организмов. Оно
приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде,
и накоплению сероводорода. Водоём становится непригодным для существования любых форм организмов.
Тепловое загрязнение поверхности водоёмов и пр
ибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами, что
обуславливает повышение температуры воды в водоёмах на 6…8 °С.
2
Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах достигает 30 км
.
Тепловое загрязнение природных вод препятствует водообмену
поверхностным и донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается,
а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество.
75
Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей. Многие обитатели рек, озёр или водохранилищ гибнут, развитие других подавляется.
В загрязнённой воде с повышением температуры начинают бурно
размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.
Последствия загрязнения воды. Основными последствиями сброса
вредных ве
ществ в водоёмы являются:
1. Изменение физических свойств воды. При поступлении химиче-
ских веществ повышается мутность воды. Поверхностные нефтяные
плёнки нарушают газообмен между атмосферой и океаном, изменяются
процессы растворения и выделения кислорода, углекислого газа, теплообмена воды. СПАВ могут образовывать в водоёмах слой пены. В случае
образования поверхностных плёнок, содержащих нефтяные у
глеводороды
и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух–вода.
2. Изменение химических свойств воды. Во время сброса и прохож-
дения органических отходов сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется
частицами взвеси и переходит в донные отложения. Наличие органических веществ часто приводит к быст
рому расходованию кислорода в воде,
часто к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению
металлов в растворённой форме, появлению сероводорода. Присутствие
большого количества органических веществ создаёт в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых
вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. В то же время
выпадение кислотных дождей пр
иводит к подкислению воды в водоёме.
3. Изменение температурных характеристик водоёма. В загрязнён-
ной воде с повышением температуры (например, в результате сброса
нагретых сточных вод) начинают бурно размножаться болезнетворные
микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать
вспышки различных заболеваний. Тепловое загрязнение природных вод
препятствует водообмену поверхностным и до
нным слоем, растворимость
кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество.
4. Эвтрофикация водоёма. Увеличение содержания биогенных
веществ, особенно нитритов и нитратов, в поверхностных и подземных
водах и их тепловое загрязнение вызывает усиленную эвтрофикацию
водоёмов, т.е. увеличение в воде во
доёма запасов биогенных и органических веществ, из-за чего бурно развиваются планктон и водоросли,
поглощая весь растворённый в воде кислород. На первой стадии эвтрофи-
76
кации в водоёме резко увеличивается количество микроскопических
водорослей. Затем с увеличением кормовой базы возрастает количество
ракообразных, рыб и других водных организмов. Далее происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию
всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Водоём становится непригодным для существования любых форм
организмов.
АГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ
2.6. З
Общая характеристика загрязнения почв. Загрязнения почвы – это
кислотные осадки, тяжёлые металлы, нефтепродукты, пестициды, минеральные и органические удобрения. Например, кислотных агентов газового или аэрозольного характера в почву поступает около 1 млрд т.
Пути попадания загрязнений в почву можно разделить по источнику
поступления этих загрязнений в почву
19
:
1) с атмосферными осадками – многие химические соединения, по-
падающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками выпадают в почву
(в основном газы – оксиды серы, азота и др.);
2) осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей – твёрдые и жидкие
соединения при сухой погоде обычно оседают непо
средственно в виде
пыли и аэрозолей;
3) при непосредственном поглощении почвой газообразных соедине-
ний – в сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой,
особенно влажной;
4) с растительным опадом – различные вредные соединения
в любом агрегатном состоянии поглощаются листьями через устьица или
оседают на поверхности, затем, когда листья опадают, все эти соединения
поступают оп
ять-таки в почву.
Главными источниками загрязнения почвы являются:
1) энергетика (зола и шлаки, образующиеся при сжигании твёрдого
топлива);
2) чёрная и цветная металлургия (шлаки, формовочная земля, коксо-
вые остатки);
3) угледобывающая промышленность (отвалы);
4) деревообрабатывающая отрасль хозяйства (опилки, стружки);
5) химическая промышленность (химические вещества в широком
ассортименте, в том числе фо
19
Трушина Т. П. Экологические основы природопользования. – Изд. 3-е,
доп. и пер. – Ростов н/Д. : Феникс, 2005.
сфогипс и др.);
77
6) коммунально-бытовые системы;
7) сельское хозяйство;
8) сооружения очистки воздуха и воды.
Общее количество загрязняющих веществ, попадающих в почву или
на её поверхность, составляет 85…90 млрд т в год, из них химических и
бактериологических веществ – от 1,4 до 1,95 млрд т в год.
Основными загрязнениями почвы являются твёрдые отходы и химические вещества.
Загрязнение почв тв
ёрдыми отходами. Одним из главных загряз-
нителей почвы являются отходы. По оценкам исследователей, в биосферу
поступает ежегодно около 20…30 млрд т твёрдых отходов, из них
50…60% органических соединений.
Загрязнения и отходы по своей сути являются одним и тем же, при
этом отходы – более глобальное понятие. Отходами являются материальные продукты общест
венного производства и потребления, которые произведены человеком из природных ресурсов, но по каким-либо причинам
не используемы человеком для удовлетворения своих потребностей.
Отходы могут быть твёрдыми и жидкими.
Твёрдые отходы подразделяются на отходы производства и отходы
потребления (бытовые).
Отходы производства образуются на предприятиях в процессе пере-
работки сырья и матери
алов в готовую продукцию. Отходами производства являются остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образовавшиеся в процессе производства продукции, утратившие исходные потребительские свойства, а также вещества, улавливаемые при очистке отходящих технологических газов и сточных вод.
Отходами потребления являются изделия и материалы, утратившие
потребительские свойства в результате физического или морального изно
са в процессе эксплуатации их в хозяйственно-бытовой деятельности
человека и потребления человеком продуктов быта. К вторичному сырью
относятся вторичные материальные ресурсы, которые могут быть использованы в промышленности.
Во всём мире образуется огромное количество твёрдых отходов.
Отвалы, свалки и полигоны для твёрдых отходов занимают около 1 млн га
земли. Тв
ёрдые отходы содержат много ценных веществ, которые зачастую легче добывать из отходов, чем из первичного сырья. Кроме того, при
сжигании мусора отходы засоряют атмосферу, поверхностную и подземную воду и, конечно, почву.
Твёрдые отходы подразделяются на отходы производства и отходы
потребления.
78
Отходами производства являются остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образовавшиеся в процессе производства продукции, утратившие исходные потребительские свойства, а также вещества, улавливаемые при очистке отходящих технологических газов и сточных вод.
Отходами потребления являются изделия и материалы, утратившие
потребительские свойства в результате физического или морального износа. К вторичному сырью отн
осятся вторичные материальные ресурсы,
которые могут быть использованы в промышленности.
В зависимости от объёма отходы делятся на крупнотоннажные и малотоннажные.
Одной из серьёзных экологических проблем является образование
твёрдых бытовых отходов (ТБО). Проблема ТБО особенно актуальна
в больших городах, в том числе в Москве. Ежегодно в России образуется
около 140 млн м
3
данного вида отходов. Из них переработке подлежит
только 5%, остальное идёт в захоронения.
Характеристика основных твёрдых бытовых отходов как загрязнений
почвы представлена в табл. 17.
17. Характеристика основных твёрдых бытовых отходов
Наименование Доля в общем количестве отходов, %
20
Бумага 41
Пищевые отходы 21
Стекло 12
Железо и его сплавы 10
Пластмассы 5
Древесина 5
Резина и кожа 3
Текстиль 2
Алюминий 0,7
Другие металлы 0,3
20
Данные по: Баранов А. В. Урбанизация и социальные лимиты жизни челове-
ка // Урбоэкопогия. – М.,1990; Барбаш Н. Б. Город Москва на социальной карте //
Прогнозное социальное проектирование: теория, метод, технология. – М., 1989;
Бродская Н. А., Воробьев О. Г., Реут О. Ч. Экологические проблемы городов :
учебное пособие. – СПб. : Изд. Центр СПбГМТУ, 1998; Казначеев В. П. Проблемы
экологии города и экологии человека // Урбоэкология. – М., 1990.
79
Загрязнение почв кислотными осадками. Загрязнённые атмосферные осадки при попадании в почву способствуют её подкислению.
Кислотные дожди участились в лесостепной и центрально-чернозёмной
зонах, что вызывает деградацию почв и появление новых районов кислых
почв. В районах кислых почв практически не бывает засух, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво, они бы
стро истощаются и
урожаи на них низкие.
Кислотные дожди вызывают подкисление поверхностных вод и
верхних горизонтов почв. Кроме того, кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод.
Кислотные дожди являются одной из причин гибели жизни в водоёмах, лесов, урожаев и раст
ительности.
Кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв
и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные
слои почвы.
Загрязнение почв тяжёлыми металлами. Почва является основной
средой, в которую попадают тяжёлые металлы, в том числе из атмосферы и водной среды. Она же служит ист
очником вторичного загрязнения
приземного воздуха и вод, попадающих из неё в гидросферу. Из почвы
тяжёлые металлы усваиваются растениями, которые затем попадают
в пищу более высокоорганизованным животным.
Тяжёлые металлы попадают в почву с эмиссиями предприятий энергетики, промышленности и транспорта в виде аэрозолей, пыли и копоти,
оседающих на по
чве и листьях растений, в составе кислотных осадков,
в составе растворов и суспензий промышленных сточных вод, с минеральными красителями, бытовой техникой и т.д.
По приблизительной оценке различных учёных, к концу XX века
в виде изделий и отходов в почве планеты накоплено огромное количество тяжёлых металлов (табл. 18).
Во многих гор
одах вблизи металлургических предприятий в почвенном покрове обнаружены тяжёлые металлы в количестве, равном или
превышающем предельно-допустимую концентрацию.
Загрязнение почв нефтепродуктами. В местах, связанных с добычей, переработкой, транспортировкой и распределением нефти, загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами в десятки раз превышает предельнодопустимые нормы. Инфильтрация нефти и нефтепродуктов пр
ивела
к образованию крупных подземных их залежей в различных городах.
80