7. Забруднення стічними водами

Безперервний ріст кількості міст, населених пунктів, промислових підприємств і створення великих тваринницьких комплексів супроводжуються збільшенням обсягу побутових, промислових і сільськогосподарських стічних вод, стік яких призводить до значного забруднення довкілля. Речовини, що містяться в стічних водах, потрапляючи у водойми, істотно змінюють хімічний склад природних вод, як правило, погіршуючи якість.

Сильно мінералізовані води, що містять токсичні речовини і патогенну мікрофлору, потрапляють на зрошувальні поля. Тут забруднювачі поглинаються ґрунтом і рослинами, мігрують у підґрунтові води, частково повертаються у водойми з поверхневим стоком. Таким чином, стічні води спричинюють забруднення вод, ґрунту та рослин.

Найнебезпечнішими для ґрунтового покриву є стічні води хімічної промисловості, що містять цинк, хром, ртутні сполуки, свинець, фтор, формальдегіди, метанол, бутан, меланін та інші речовини. Мінералізація цих вод досягає 10-18 г/л.

Стоки коксохімічних заводів містять феноли, роданіди, різні масла. Для шахтних і кар'єрних вод характерний високий вміст суспендованих речовин та мікроелементів. Стоки підприємств харчової промисловості містять біогенні речовини. Міські стоки, а також стічні води тваринницьких комплексів і птахофабрик нерідко забруднені яйцями гельмінтів, кишковою паличкою та іншими збудниками інфекційних захворювань.

Застосування радіонуклідів у промисловості, теплоенергетиці та інших галузях народного господарства створює небезпеку радіоактивного забруднення. Основними джерелами радіоактивних відходів у водних об'єктах та ґрунтах є підприємства, що видобувають радіоактивну сировину, збагачувальні фабрики радіоактивних руд, атомні електростанції та інші підприємства, що використовують у своїй роботі радіонукліди.

Внаслідок стікання вод і змиву мінеральних добрив вміст солей у ріках Дністер та Південний Буг зріс удвічі, в Дніпрі — в 1,5 рази. У басейні Дунаю зареєстровано забруднення води амонійним азотом, нафтопродуктами, солями міді та цинку, у басейні Дністра — амонійним, нітратним і нітритним азотом, нафтопродуктами, фенолами.

Особливу тривогу викликає радіоактивне забруднення природних вод, що є наслідком аварії на Чорнобильській АЕС. Насамперед це ріки Дніпро, Прип'ять, їхні численні притоки, озера, ставки.

В Україні зони надзвичайно високої небезпеки та екологічних бід займають майже 15 % всієї території. До зони екологічного лиха віднесено 30-кілометрову зону відчуження навколо Чорнобильської АЕС, південь Херсонської обл. і північ Республіки Крим (близько 5 тис. км²), до зони надзвичайної небезпеки — Донецьку та південь Луганської обл. (близько 16 тис. км²), схід Республіки Крим (близько 83 тис. км²). Значні екологічні проблеми, пов'язані із забрудненням стічними водами, характерні для територій, які прилягають до Азовського моря.

8. Забруднення важкими металами

Проблема забруднення довкілля важкими металами весь час загострювалась і нині набула загрозливих розмірів. У багатьох індустріальних районах світу з'явились техногенні біогеохімічні зони з аномально високим вмістом у ґрунті важких металів.

За ступенем можливого негативного впливу важких металів-забруднювачів на ґрунт, рослини, тварини та людину виділяють три класи небезпеки: високо-небезпечні, небезпечні та мало-небезпечні речовини. До першого класу належать арсен, кадмій, ртуть, селен, свинець, кобальт, цинк, фтор; до другого — бор, кобальт, нікель, молібден, сурма, хром; до третього — барій, ванадій, манган, стронцій.

Основними джерелами надходження важких металів на земну поверхню є пило-газові викиди гірничорудної, металургійної та хімічної промисловості. Забруднення ґрунтового покриву дуже тісно пов'язане з роботою електростанцій, автомобільного та залізничного транспорту. Підвищений вміст важких металів у ґрунті може бути наслідком застосування в сільськогосподарському виробництві меліорантів, добрив та пестицидів, а також використання для зрошення забруднених побутових і промислових стічних вод.

Рівень забруднення ґрунту та закономірності просторового поширення важких металів залежать від потужності підприємств-забруднювачів, тривалості їх діяльності, якості сировини, технології виробництва, ефективності роботи очисних споруд. У більшості випадків забруднення ґрунтового та рослинного покриву носять локальний характер. Вони проявляються у радіусі десятків кілометрів від джерела забруднення.

Найістотніші наслідки спостерігаються на територіях, що прилягають до підприємств. Наприклад, на металургійних заводах підвищений вміст важких металів виявляється на відстані до 15-20 км. Зона впливу комбінатів по виробництву азотних добрив простягається до 40 км. Поблизу таких підприємств формується техногенна пустеля в радіусі від 200-300 м до 1,5-2 км залежно від потужності підприємства, рельєфу та клімату місцевості.

У промислових районах, де застосовується зрошення посівів водами з підвищеним вмістом важких металів, значне забруднення може спостерігатися на відстані 20-30 км від джерела забруднення. Це результат вторинного забруднення ґрунтів важкими металами при зрошенні.

На великих промислових комплексах зони забруднення окремих підприємств можуть перекриватися, а токсичні викиди переноситись у віддалені райони, розширяючи територію забруднення. Внаслідок аерозольного розсіювання вплив речовин, що забруднюють довкілля, може проявитися на площі до 1000 км².

У складі промислових викидів нараховують до 10-20 хімічних елементів. Але в найбільших кількостях трапляються і найбільшої шкоди завдають 4-6 елементів. Біля металургійних заводів утворюються характерні зони інтенсивного забруднення ґрунтів свинцем, цинком, кадмієм, ртуттю, міддю. Біля свинцево-плавильних підприємств крім свинцю та цинку головними забруднювачами є кадмій, мідь, ртуть, арсен, селен і т. п. Високий вміст міді та нікелю фіксується в грунтах навколо комбінатів кольорової металургії. Забруднення хромом характерно для довкілля цементних заводів і нафтопереробних підприємств.

У зонах забруднення вміст важких металів може сягати тисяч міліграмів на 1 кг ґрунту. Це перевищує нормальний фоновий вміст у сотні—тисячі разів. Такі території не можна використовувати в сільськогосподарських цілях.

Локальне забруднення сільськогосподарських угідь важкими металами можуть спричинити транспортні засоби. Вздовж автодоріг з високою інтенсивністю руху (10-20 тис. машин за добу) забруднення зазнає придорожня смуга на відстані до 200 м із переважанням свинцю, що міститься в антидетонаційних присадках до бензину. З продуктами дизельного палива, мастильними матеріалами та відходами автопокришок у довкілля потрапляють кадмій та цинк.

Розподіл важких металів вздовж шляхів залежить від інтенсивності та швидкості руху автотранспорту, напрямку вітру тощо. Максимальне забруднення ґрунтів спостерігається на відстані 7—10 м від дороги, а в зоні 30—80 м відмічаються зниження врожайності і різке погіршення якості сільськогосподарської продукції. До забруднювачів ґрунтів належать також мінеральні добрива і хімічні меліоранти, істотним недоліком яких є наявність в них баластних речовин, у тому числі токсичних елементів і сполук. Так, кількість важких металів у фосфорних добривах, що випускалися в СРСР, коливається в широких межах і в середньому становить, г/т: міді — 127; цинку — 164; кадмію — 3,0; свинцю — 34; нікелю — 92; хрому — 121.

Азотні та калійні добрива забруднені важкими металами меншою мірою.

Особливу екологічну небезпеку становить ненормоване застосування хімічних меліорантів і відходів промисловості. Наприклад, при внесенні фосфогіпсу в нормах 5—20 т/га у ґрунт надходить 100—400 кг стронцію. Використання на добриво піритних огарків забруднює ґрунт свинцем. При фосфоритуванні у ґрунт потрапляють фтор і стронцій, при внесенні сечовини — арсен. Фосфорити містять ртуть від 10 до 1000 мг/кг, калієві сольові відклади — до 10, вапняки — 0,03—0,7 мг/кг.

Небезпечним для ґрунту є систематичне використання як добрива осадів стічних вод, забруднених важкими металами. Шкіряні, годинникові та інструментальні заводи істотно забруднюють осади хромом, електронна промисловість — кадмієм, великі міста з розвинутим автотранспортом — свинцем.

Високий вміст металів в осадах у багатьох випадках обумовлює їх непридатність навіть до захоронення. У таких місцях існує загроза істотного забруднення взаємодіючих природних об'єктів: ґрунту, поверхневих та підґрунтових вод.

Потрапляючи до екосистем, важкі метали постійно рухаються, переходячи з однієї форми в інші. Виділяють такі системи транслокації (переходу) важких металів: повітря — ґрунт, ґрунт — вода; ґрунт — рослина; ґрунт — рослина — тварина; ґрунт — тварина — рослина — людина; ґрунт — рослина — людина і т. д.

Постійне надходження важких металів у ґрунт призводить до формування зон підвищеної екологічної токсичності. В межах цих зон змінюються характер міграції елементів і деякі геохімічні параметри ґрунту. Взаємодія металів з ґрунтом відбувається за типом реакцій сорбції, осадження — розчинення, комплексоутворення, солетворення тощо. Швидкість і спрямованість процесів трансформації залежать від реакції середовища, гранулометричного складу ґрунту, вмісту гумусу та інших чинників.

Рухомість важких металів тісно пов'язана зі складом рідкої фази ґрунту: низька розчинність оксидів та гідроксидів важких металів і внаслідок цього їх низька міграційна здатність характерні для ґрунтів з нейтральною та лужною реакцією. Рухомість важких металів зростає в ґрунтах з дуже кислою реакцією ґрунтового розчину. У загальному випадку для ґрунтів з кислою реакцією з урахуванням розчинності сполук різних важких металів останні за спаданням токсичності можна розмістити у такий ряд: Сd→Ni→Zn→Мn→Сu→Рb→Нg. Токсичність елементів для рослин безпосередньо пов'язана з їх рухомістю у ґрунтах. Ґрунт служить потужним геохімічним бар'єром для потоку важких металів. Чорноземи здатні в одному лише орному шарі глибиною 20 см міцно утримувати 40—60 т/га свинцю, а підзолисті ґрунти — до 2—6 т/га. Однак у самому ґрунті виникає гостра токсикологічна ситуація.

Виділяють такі основні етапи у реакції ґрунтів на техногенний вплив та їх еволюцію від природного до техногенного порушеного стану:

1. накопичення хімічних забруднювачів до критичного рівня;

2. значна зміна фізичних і хімічних властивостей ґрунтів — несприятливі зміни рН, ємності катіонного обміну, втрата структури;

3. несприятливий вплив ґрунтових умов на рослинний покрив;

4. розвиток процесів ерозії та дефляції;

5. повне руйнування горизонтів ґрунту, деградація ґрунтів;

6. утворення техногенної пустелі.

Важкі метали забруднюють не лише ґрунти. До 30—40 % важких металів та їх похідних потрапляє із ґрунту у підґрунтові води. Накопичення у верхніх горизонтах ґрунтів надлишку важких металів збіднює видовий склад рослин, знижує темпи їх росту та розвитку, різко зменшує схожість насіння культурних та дикорослих видів. Під дією забруднення гинуть трав'янистий покрив і лісові насадження, знижується врожайність сільськогосподарських культур і погіршується якість продукції.