Экология для НГ,НБ,ТНГ

К природным водам относятся водотоки и водоемы (они подразделяются по типам и назначению: хозяйственно-питьевые, культурно-бытовые, рыбохозяйственные ценных видов рыб и обычных видов; кроме того, выделяются водные объекты – нерестилища).

Сточные (загрязненные) воды подразделяются (по происхождению) на:

• коммунально-бытовые;

• промышленные (производственные;

• рудничные (шахтные и карьерные);

• сельскохозяйственные;

• поверхностный сток предприятий при осадках, таяния снега и льда и др.).

Все сточные воды перед сбросом в водный объект подвергаются обязательной очистке, в ряде случаев и доочистке (выдерживание нормативов качества вод).

Коммунально-бытовые воды (в том числе предприятий) подвергаются биологической очистке.

Промышленные воды весьма разнообразны (в зависимости от технологии выделяют 4 категории этих сточных вод):

1 категория – вода, поступающая на охлаждение аппаратов, продуктов производства. Вода имеет лишь тепловое загрязнение. На металлургических заводах, это примерно 90 % расходуемой воды.

2 категория – воды служат в качестве поглощающих и транспортирующих нерастворимые дисперсные примеси и частично растворимые соли, которыми и загрязняются воды.

3 категория – эти воды аналогичны по происхождению 2 категории, но они дополнительно нагреваются при контакте с продуктами производства.

4 категория – воды загрязнены компонентами технологического процесса (и непосредственно реакционным компонентом).

Характеристика производственных вод определяется профилем предприятия, составом перерабатываемых материалов, сырья и видом выпускаемой продукции. Все многообразие этих сточных вод по характеру загрязнений можно отнести к 3 группам:

1. содержащие минеральные примеси (металлургия, машиностроение, производство стройматериалов, удобрений и др.);

2. содержащие органические примеси (мясная, рыбная, консервная, пищевая промышленность и др.);

3. содержащие органоминеральные примеси (нефтедобывающие, текстильные, нефтеперерабатывающие и др. предприятия).

По концентрациям (мг/л) загрязненные воды подразделяются на 4 группы:

1. слабо концентрированные (0-500 мг/л);

2. средне концентрированные (500-5000 мг/л);

3. концентрированные (5000-30000 мг/л);

4. высоко концентрированные (более 30000).

По агрессивности (выделяют 3 группы):

1. неагрессивные, рН=6,5-8,0;

2. слабоагрессивные рН=6-6,5 и 8-9;

3. сильноагрессивные рН<6 и рН>9.

Из приведенного разнообразия классификаций видов загрязнения сточных вод, очевиден факт высокого уровня воздействия деятельности человека на водные ресурсы, прежде всего на поверхностные воды. Общеизвестно значение чистой воды для здоровья людей (особенно детей). Это также важно и для организмов животного и растительного мира, включая и мир микроорганизмов.

Работа предприятий связана с потреблением воды. Вода используется в технологических процессах, вспомогательных или входит составной частью выпускаемой продукции. При этом образуются сточные воды, которые подлежат сбросу в близ лежащие водные объекты.

Сточные воды можно сбрасывать в водные объекты, при условии соблюдения гигиенических требований применительно к воде водного объекта в зависимости от вида водопользования.

В соответствии с "Правилами охраны поверхностных вод" [1], все водные объекты подразделяются на два вида водопользования:

I вид – хозяйственно-питьевое и культурно-бытовое водопользование;

II вид – рыбохозяйственное водопользование.

Каждый вид водопользования разделен еще и на категории.

– Хозяйственно-питьевое и культурно-бытовое водопользование.

I категория – водные объекты, используемые в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности.

II категория – водные объекты, используемые для купания, занятия спортом и отдыха населения.

• Рыбохозяйственное водопользование.

Высшая категория – места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных и ценных видов рыб и других промысловых водных организмов;

I категория – водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;

II категория – водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.

При сбросе сточных вод в водные объекты нормы качества воды водного объекта в расчетном створе, расположенном ниже выпуска сточных вод, должны соответствовать санитарным требованиям в зависимости от вида водопользования.

Нормы качества воды водных объектов включают:

• общие требования к составу и свойствам воды, водных объектов в зависимости от вида водопользования;

• перечень предельно допустимых концентраций /ПДК/ нормированных веществ в воде водных для различных видов водопользования.

В расчетном створе вода должна удовлетворять нормативным требованиям. В качестве норматива используется предельно-допустимая концентрация – ПДК.

Все вредные вещества, для которых определены ПДК подразделены по лимитирующим показателям вредности /ЛПВ/. Принадлежность веществ к одному и тому же ЛПВ предполагает суммацию действия этих веществ на водный объект.

В России разработаны ПДК для многих химических веществ, которые могут попасть в воду поверхностных водоёмов. Санитарными нормами предусмотрено, что при поступлении в водные бассейны нескольких загрязняющих веществ с разными лимитирующими показателями вредности должно соблюдаться следующее правило:

С₁/ПДК₁ + С₂/ПДК₂ + С₃/ПДК₃ + .... + С_n/ПДК_n  1 (1)

где С₁, С₂, С₃, ...., С_n - содержания (концентрации) вредных веществ в воде водоёма; ПДК₁, ПДК₂, ПДК₃, ...., ПДК_n - соответствующие значения предельно допустимых концентраций.

Для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования отвечают три ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический.

1. Общесанитарный: минеральный состав по сухому остатку, растворенный О₂, БПК и ХПК, взвеси, возбудители болезней.

2. Органолептический: цвет (прозрачность), плавающие вещества, Т_в, запахи, привкусы.

Запах и привкус – 5 баллов (начиная с 0):

• "0" баллов – запах и привкусы не обнаружены;

• 1 балл – обнаруживается лицом с тонким обонянием и вкусом;

• 2 балла – обнаруживается потребителем;

• 3 балла – обнаруживается легко, может стать поводом для жалоб;

• 4 балла – вода неприятная для употребления;

- 5 баллов – вода совершенно непригодна;

3 Санитарно-токсикологический: ≈650 ПДК для химических соединений и ≈180 ПДК для объектов рыбохозяйственного значения.

Для рыбохозяйственных: санитарно-токсикологический, токсикологический, рыбохозяйственный, общесанитарный, органолептический.

Вещества, концентрация которых изменяется в воде водного объекта только путем разбавления, называются консервативными; вещества, концентрация которых изменяется как под действием разбавления, так и вследствие протекания различных химических, физико-химических и биологических процессов – неконсервативными.

Процессы, изменяющие характер веществ, поступающих в водные объекты, называют процессами самоочищения. Совокупность разбавления и самоочищения составляют обезвреживающую способность водного объекта.

Представим ситуацию, когда промышленное предприятие сбрасывает сточные воды после технологического процесса.

Представим ситуацию, когда промышленное предприятие сбрасывает сточные воды после технологического процесса (рис.4.1).

I

Рис.4.1. Ситуационная схема для расчета условий сброса сточных вод.

ПП – промышленное предприятие,

ОС – очистные сооружения.

О-О – "нулевой" створ, где производится сброс сточных вод,

I-I – "расчетный" створ, начиная с которого воды водного объекта должны отвечать санитарным требованиям для данного вида водопользования.

С_сбр. – концентрация загрязняющих веществ в сточной воде, подлежащей сбросу.

При сбросе сточных вод в водные объекты хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования расчетный створ должен устанавливаться на водотоках в одном километре выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территории населенного пункта и т.п.), а на непроточных водоемах и водохранилищах – в одном километре в обе стороны от пункта водопользования.

Таким образом, для разных видов водопользования качество воды водного объекта, при сбросе в него сточных вод, должно соответствовать в расчетном створе (рис.4.2, 4.3).

Рис.4.2. Ситуационная схема для водотока культурно-бытового водопользования. О-О – "нулевой створ", I-I – расчетный створ, М – граница населенного пункта, использующего водоток для купания и отдыха населения	Рис.4.3. Ситуационная схема для водотока рыбохозяйственного водопользования. О-О – нулевой створ, I-I – расчетный створ. Водоток используется в рыбохозяйственном направлении.

Водоемы а) хоз.-бытового назначения При расположении в городе или в связи с требованиями рыбоохранных органов Хл=0.

На расстоянии Х_л – створ достаточного перемешивания (I-I) (по всем основным показателям достигается ПДК). Это значит, что за счет разбавления сточных вод и процессов самоочищения водных объектов, мы можем достичь на некотором расстоянии качества воды требуемого водопользователем.

При сбросе сточных вод в водные объекты рыбохозяйственного водопользования расчетный створ определяется в каждом конкретном случае республиканской (областной) администрацией по представлению органов Госкомприроды, но не далее, чем в 500 м от места сброс сточных вод.

Сопоставляя количество загрязнений, которое может быть принятым данным водоемом и которое содержится в неочищенных сточных водах, определяют необходимую степень и выбирают метод предварительной, до выпуска в водоем, очистки.

При расчетах сброса промстоков учитывают максимальное возможное разбавление сточных вод, которое можно обеспечить как процессами смешения, обусловленного природными условиями водоема, так и специальными инженерными мерами (рассредоточенным выпуском сточных вод по сечению реки, глубинными выпусками в озера и моря, перемешиванием с помощью насосов), предусматривающими наиболее полное разбавление сточных вод в створе выпуска.

Чтобы не нарушались работа сооружений и не ухудшались условия эксплуатации, сбрасываемые в городскую канализацию должны удовлетворять определенным требованиям. Основные из них: производственные сточные воды не должны быть агрессивными по отношению к материалам канализационных сетей, сооружений и их оборудования; не должны содержать примесей такой крупности и удельного веса, которые могли бы засорить канализационную сеть или откладываться на дне или стенках труб и каналов; не должны содержать горючих примесей (бензина, нефти, масел и т.д.), а также растворенных газообразных веществ, которые могут образовывать взрывоопасные смеси в трубах и каналах канализационной сети, в приемных резервуарах насосных станций и в очистных сооружениях; температура смеси городских и производственных сточных вод в месте выпуска не должна превышать 40 ºС, не должны содержать радиоактивных веществ.

Условия выпуска горнопромышленных сточных вод в поверхностные водоемы регламентированы «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и зависят от народнохозяйственной значимости водоемов и характера водопользования. И хотя они допускают некоторое ухудшение качества воды в водоемах после выпуска в них сточных вод, это не должно отражаться на жизни водоема и на возможности дальнейшего его использования как источника водоснабжения или для культурных и спортивных нужд населения. По этим правилам запрещено спускать в водоемы сточные воды:

• Содержащие стабильные вещества, не подверженные биохимическому, химическому и физическим процессам самоочищения, а также радиоактивные вещества;

• Устраняемые (с соблюдением технико-экономических условий) путем внедрения рациональной технологии, максимального использования в оборотной системе водоснабжения;

• Содержащие ценные отходы, которые могут быть утилизированы.

При расчетах сброса промстоков учитывают максимальное возможное разбавление сточных вод, которое можно обеспечить как процессами смешения, обусловленного природными условиями водоема, так и специальными инженерными мерами (рассредоточенным выпуском сточных вод по сечению реки, глубинными выпусками в озера и моря, перемешиванием с помощью насосов), предусматривающими наиболее полное разбавление сточных вод в створе выпуска.

Основными источниками загрязнения и засорения гидросферы являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий. На протяжении ряда лет не улучшается качество отводимых поверхностных стоков с промплощадок других крупных заводов города, не соответствуют категории нормативно чистых сбрасываемые воды предприятий теплоэнергетики (содержание нефтепродуктов достигает 1,6 ПДК, органических веществ 2,7 ПДК). Недостаточно развита система ливневой канализации, из-за чего в водоемы попадает значительное количество загрязняющих веществ с территорий населенных пунктов. В ряде случаев отмечается превышение концентрации нефтепродуктов и взвешенных веществ в сотни раз. Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. - все это затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель растений и животных. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества. Загрязнение сточными водами в результате промышленного производства, а также коммунально-бытовыми стоками ведет к эвтрофикации водоемов обогащению их питательными веществами, приводящему к чрезмерному развитию водорослей, и к гибели других водных экосистем с непроточной водой (озер, прудов), а иногда к заболачиванию местности. Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки. Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органического загрязнения водохранилища. В их сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения.

Сточные воды пром. предприятий часто содержат вещества супертоксиканты. (цианиды). Повышение температуры воды, в результате сброса горячих сточных вод, способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого “цветения воды”.

ЛИТОСФЕРА

Пути попадания загрязнений в почву

Различные почвенные загрязнения, большинство из которых антропогенного характера, можно разделить по источнику поступления этих загрязнений в почву:

1. С атмосферными осадками. Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками выпадают в почву. Это, в основном, газы - оксиды серы, азота и др. Большинство из них не просто растворяются, а образуют химические соединения с водой, имеющие кислотный характер. Таким образом и образуются кислотные дожди.

2. Осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. Твёрдые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей. Такие загрязнения можно наблюдать визуально, например, вокруг котельных зимой снег чернеет, покрываясь частицами сажи. Автомобили, особенно в городах и около дорог, вносят значительную лепту в пополнение почвенных загрязнений.

3. При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. 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 опять-таки в почву.

Классификация почвенных загрязнений

Загрязнения почвы трудно классифицируются, в разных источниках их деление даётся по-разному. Если обобщить и выделить главное, то наблюдается следующая картина по загрязнению почвы:

1. Мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами. В эту группу входят различные по характеру загрязнения смешанного характера, включающие как твёрдые, так и жидкие вещества, не слишком вредные для организма человека, но засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений на этой площади.

2. Тяжёлыми металлами. Данный вид загрязнений уже представляет значительную опасность для человека и других живых организмов, так как тяжёлые металлы нередко обладают высокой токсичностью и способностью к кумуляции в организме. Наиболее распространённое автомобильное топливо - бензин - содержит очень ядовитое соединение - тетраэтилсвинец, содержащее тяжёлый металл свинец, который попадает в почву. Из других тяжёлых металлов, соединения которых загрязняют почву, можно назвать Cd (кадмий), Cu (медь), Cr (хром), Ni (никель), Co (кобальт), Hg (ртуть), As (мышьяк), Mn (марганец).

3. Пестицидами. Эти химические вещества в настоящее время широко используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных растений и поэтому могут находиться в почве в значительных количествах. По своей опасности для животных и человека они приближаются к предыдущей группе. Именно по этой причине был запрещён для использования препарат ДДТ (дихлор-дифенил-трихлорметилметан), который является не только высокотоксичным соединением, но, также, он обладает значительной химической стойкостью, не разлагаясь в течение десятков (!) лет. Следы ДДТ были обнаружены исследователями даже в Антарктиде! Пестициды губительно действуют на почвенную микрофлору: бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли.

4. Микотоксинами. Данные загрязнения не являются антропогенными, потому что они выделяются некоторыми грибами, однако, по своей вредности для организма они стоят в одном ряду с перечисленными загрязнениями почвы.

5. Радиоактивными веществами. Радиоактивные соединения стоят несколько обособленно по своей опасности, прежде всего потому, что по своим химическим свойствам они практически не отличаются от аналогичных не радиоактивных элементов и легко проникают во все живые организмы, встраиваясь в пищевые цепочки. Из радиоактивных изотопов можно отметить в качестве примера один наиболее опасный - ⁹⁰Sr (стронций-90). Данный радиоактивный изотоп имеет высокий выход при ядерном делении (2 - 8%), большой период полураспада (28,4 года), химическое сродство с кальцием, а, значит, способность откладываться в костных тканях животных и человека, относительно высокую подвижность в почве. Совокупность вышеназванных качеств делают его весьма опасным радионуклидом. ¹³⁷Cs (цезий-137), ¹⁴⁴Ce (церий-144) и ³⁶Cl (хлор-36) также являются опасными радиоактивными изотопами. Хотя существуют природные источники загрязнений радиоактивными соединениями, но основная масса наиболее активных изотопов с небольшим периодом полураспада попадает в окружающую среду антропогенным путём: в процессе производства и испытаний ядерного оружия, из атомных электростанций, особенно в виде отходов и при авариях, при производстве и использовании приборов, содержащих радиоактивные изотопы и. т. д.

В первую очередь почва является средой, обеспечивающей условия роста и развития растений в городе путем удовлетворения их потребностей не только в питательных веществах, но и во влаге, пространстве, тепле. Очень важная функция почв заключается в очищении окружающей среды от различного рода загрязняющих твердых, жидких и газообразных веществ. Так почвы являются универсальным фильтром на пути миграции в реки и грунтовые воды тяжелых металлов, органических веществ и других продуктов жизнедеятельности людей.

Важная роль принадлежит почве в регулировании газового состава атмосферы, ее состояния и качества. В результате активности почвенных организмов и высокой сорбционной способности по отношению к газам почва способна влиять на содержание в приземном слое атмосферы таких газов как кислород, углекислый газ, азот, оксиды серы, закись азота, оказывающих существенное влияние на состояние здоровья человека.

Трудно переоценить санитарно-гигиеническую функцию почв, которая заключается в утилизации органических отходов, растительных остатков, обеззараживании городской среды от патогенных микроорганизмов и их токсинов.

Однако различные виды негативного антропогенного воздействия приводят к изменениям состояния и свойств почв, и вследствие этого – к утрате способности выполнять присущие им экологические функции. 2

Резкая изменчивость морфологических и физических свойств городских почв отражаются на характере распределения элементов по профилю. В большинстве случаев накопление загрязняющих веществ выявляется в верхнем 20-сантиметровом слое. Содержание тяжелых металлов в верхнем слое может превышать в 2-3 раза их содержание в нижележащих слоях. Обратная закономерность проявляется, когда под верхним насыпным незагрязненным слоем залегают техногенные слои с высоким уровнем загрязнения.

Одним из специфических видов негативного воздействия на почвы является их загрязнение электролитами, содержащимися в противогололедных смесях, повсеместно используемых на улицах и тротуарах города. До 1993 г. в Москве для этих целей применяли песчано-соляную смесь, содержащую небольшое количество солей. Смесь содержала всего лишь 8-10% хлористого натрия. Тем не менее, даже такое содержание хлорида натрия приводило к увеличению концентрации в талых водах натрия (115-130 мг/л) и хлора (75-140 мг/л). Однако из-за сильного засорения песком дорог и коммуникаций, в последние годы используется практически чистая соль. Это резко ухудшило состояние почв и растений. При норме соли, разбрасываемой на квадратный метр, 150-200 г за прием, в начале 90-х гг. на территории Москвы за зиму применяли 60-70 тыс. т противогололедной смеси, а в последнее время эта цифра возросла до 300 тыс. т соли. В результате за 1996 г. в городе погибло 250 тыс. деревьев, из них 6,5 тыс. - вдоль автомагистралей.

Содержащиеся в противогололедных смесях компоненты не только оказывают токсическое воздействие на растения, но и приводят к снижению осмотического давления, и, следовательно, способности растений поглощать влагу. Растения, так же как и люди не могут "пить" соленую воду. Вследствие недостатка влаги снижается устойчивость растений по отношению к другим неблагоприятным факторам внешней среды: порог чувствительности по отношению к повышенным концентрациям тяжелых металлов, устойчивость по отношению к воздействию неблагоприятного температурного режима. В итоге мы наблюдаем угнетение городских деревьев, суховершинность, раннее опадание листьев.

Другим фактором неблагоприятного воздействия на почвы является их загрязнение тяжелыми металлами, нефтепродуктами и различными органическими веществами антропогенного происхождения. Основными металлами, обуславливающими загрязнение почв по химическим показателям, являются свинец, цинк, кадмий, медь, поступающие в атмосферу, а затем в почву от автотранспорта. Это приводит, с одной стороны, к повышению токсичности почв, снижению их способности обеспечивать условия для развития растений и микроорганизмов. С другой стороны, загрязненная почва становится источником вторичного загрязнения сопредельных сред - поверхностных водных объектов, грунтовых вод, а также приземного слоя атмосферы на тех участках, где почва лишена дернового слоя.

К другим экологически негативным факторам воздействия на почвенный покров можно отнести переуплотнение корнеобитаемого слоя, вызванное нерегулируемой рекреационной нагрузкой на почвы, хранением личного автотранспорта на газонах вблизи домов. В результате этого не только ухудшается внешний вид газонов и условия произрастания растений, но и происходит утрата важнейшей функции почв - способности регулировать газовый состав атмосферы. Почва вследствие утраты структуры теряет способность поглощать из воздуха токсичные газы, в основном, антропогенного происхождения. Существенным фактором негативного воздействия на почвы является их санитарное загрязнение. Почвы г. Москвы являются относительно "чистыми" по химическим показателям. Уровень загрязнения почв в Москве не выше, а по некоторым показателям даже существенно ниже, чем во многих европейских столицах. Однако, из-за замусоренности, присутствия экскрементов домашних животных, особенно обращающих на себя внимание весной, в период таяния снега, создается ощущение постоянной "нечистоты", "неухоженности", экологического неблагополучия московских дворов, парков и скверов.