3.3. Антропогенний вплив на води, забруднювачі вод

Для людства гостро постає проблема забезпечення чистою водою. Всі галузі господарства використовують воду, тому їх можна поділити на споживачів води та водокористувачів.

Водоспоживання різне у містах і селах. З 1950 року по наш час водоспоживання зросло в 7 разів. Лише частина води повертається у вигляді стічних вод, а решта випаровується. Найменші втрати води в Європі – 5-10%. На потреби сільського господарства припадає 20-40% водоспоживання. Серед промислових підприємств (табл.3.10) найбільш водозатратними є електростанції та підприємства з виробництва волокон. Великими є затрати у сільському господарстві на зрошення полів.

Таблиця 3.10 Водоспоживання промисловими підприємствами

Промислове виробництво	Витрата води на 1 т продукції, м3/с
Виробництво: прокату чавуну целюлози віскозного шовку хімічного волокна Теплоенергетика Атомні електростанції	10-15 40-50 400-500 1000-1100 2000-3000 Дуже багато Удвічі більше
Сільськогосподарські культури	Витрата води, м3/га
Цукровий буряк Зернові Трави Рис	2500-6000 1500-3500 2000-8000 8000-15000

У водосховищах, які являють собою великі затоплені території, вода інтенсивно випаровується, що призводить до загального зменшення водних ресурсів у даному регіоні. Особливо це шкідливо у засушливих зонах.

Так у Львівській області в результаті ліквідації найбільшого сірчаного кар’єру в 2001 р. утворилось Яворівське озеро, причому в умовах високої антропогенної та техногенної трансформованості рельєфу. На хімічний склад води сильно впливають відвали породи, якими був заповнений кар’єр. Загальна твердість води перевищує допустимі норми, дуже високий вміст сульфату. Затоплення кар’єру здійснене без попередньої гідроізоляції водоносних порід. Тому якість води визначає не тільки склад фіто- та зоопланктону Яворівського, а й може впливати на гідросферу прилеглих територій. При використанні вод змінюється їх кількість та якість.

Забруднення вод стоками (водокористування)

Стічні води – води, відведені після використання у побуті та на виробництві. Стоки поділяються на промислові та побутові, вони потрапляють як безпосередньо у водойму, так і з ґрунтовими водами та атмосферними опадами (дощем, снігом).

Джерелами забруднень природних вод є:

стічні води промислових та комунальних підприємств; стік з урбанізованих територій;

відходи виробництва – вугільних пластів, рудників; деревини при її заготовці, переробці та сплавлянні;

стоки сільськогосподарські;

стоки суден річкового та морського транспорту.

За складом стоки можуть містити механічні домішки, які легко осідають, суспензії і емульсії, колоїдні частинки, розчинені речовини.

Найбільше стоків (70-80%) припадає на промисловість, причому 5-10% вод втрачається, а решта повертається у вигляді стічних. Особливо забруднюють води металургійна, хімічна, паперово-целюлозна, нафтопереробна галузі (нафта, феноли, кольорові метали). Плівка нафти перешкоджає самоочищенню води, через що вона може дійти до попереднього стану не раніше як через 100-150 днів. Феноли порушують біохімічні процеси у воді. Перевищення концентрації важких металів у воді веде до ускладнення біохімічних процесів. Теплове забруднення починається при температурі, вищій за 26С; при 30С пригнічується біоценоз у водоймі, а при 34-36С гинуть риби та інші водні організми. Причиною є значне зменшення розчиненого кисню і воді.

Комунальні стоки містять багато фосфатів, хлоридів, амонію, велику кількість бактерій. Синтетичні миючі засоби, які потрапляють у стоки, надзвичайно стійкі. Високий вміст фосфатів спричиняє інтенсивний розвиток рослинності (цвітіння води і зменшення кисню), сповільнюються процеси коагуляції забруднень.

Води сільськогосподарського виробництва забруднені як органічними (відходи тваринництва, пестициди), так і неорганічними речовинами (мінеральні добрива).

Розрізняють декілька зон забруднення води. Зона забруднення – та частина водойми, у якій після надходження стічної води порушуються природні біологічні та біохімічні процеси, а концентрація речовин перевищує встановлені норми. Формування зони забруднення відбувається поступово. Забруднюються також донні відкладення. Зона впливу – частина водойми, у яку поступають стічні води із зони забруднення, однак у ній зберігаються природні біохімічні та біологічні процеси. Виходячи із таких показників, обчислюють, допустиму кількість стічної води, яка може потрапити у водойму залежно від об’єму водойми та стоку, хімічного складу стоку, інтенсивності перебігу процесу розбавлення і самоочищення, так щоб не перевищити ГДК.

Розбавлення – процес пониження концентрації забрудненої води внаслідок перемішування з чистою. Розраховують розбавлення води за рівняннями турбулентної дифузії.

Можна обчислити максимальну концентрацію (С_макс., мг/л) забруднювача на будь-якій віддалі від місця стоку в природну водойму. Для С_макс. у місці, нижчому за течією від потрапляння забрудненої стічної води:

С_стоку>С_макс> С_потоку.

,

де Q _фону, Q_стоку – розтрата води у ріці і розтрата стічної води, м³/с;

С_стоку, С_макс, С_потоку (або С_фону) – концентрація інгредієнта у стічній воді, в місці змішування стоку і потоку, у природній воді вище за течією від потрапляння стоку (фонова концентрація), мг/л.

Кратність розбавляння (n_p) стічної води до такого стану, щоб концентрація забруднювача не перевищувала фонової концентрації, обчислюють за формулами:

_{np =} ,

а якщо С_фону = 0, n_p = , або

,

Коефіцієнт змішування забрудненої і чистої води у водоймі пов’язаний з кратністю розбавляння .

Чим більш нестійка домішка, тим швидше вона видаляється з води. Цьому сприяє підвищення температури води. Стійкість забруднювача оцінюють за величиною коефіцієнта неконсервативності – від’ємною величиною k_н. (1/добус) (табл.3.11). За коефіцієнтом обчислюють час, необхідний для видаленн з води забруднювача:

,

де – концентрація інгредієнта у момент часу t та в початковий момент.

Таблиця 3.11. Коефіцієнти неконсервативності деяких інгредієнтів

Забруднювач	kн, доба-1с-1
Нафта Феноли Синтетичні миючі засоби Фосфор у сполуках	-210-7 -1,510-6 -2,110-7 0

Виходячи із величин фонової концентрації та розбавляння води, можна обчислити концентрацію токсичної речовини у стоку, при якій водойма не зазнає забруднення. Проводять обчислення як для непроточної, так і для проточної водойми.

Умовою допустимих стоків до непроточної водойми є:

,

а в разі відсутності забруднювача у водоймі залежність простіша:

де n_p – кратність найменшого розбавляння; С_ГДК – граничнодопустима концентрація речовини у воді.

Умовою допустимих стоків до проточної водойми є:

,

де а – коефіцієнт змішування (частка води у водоймі, яка змішується зі стічною водою).

Сумарні показники якості води розроблені для оцінки забруднення водойми з врахуванням зміни в часі і просторі, зумовлені зміною гідрологічних характеристик водних об’єктів. Показники поділяються на три групи: показники середньої концентрації забруднювача, показники просторового розподілу забруднювача у водоймі, показники, які враховують природний водообмін.

Перші дві групи пов’язані з характеристиками режиму водойми. Це гідрологічні показники загального навантаження потоку консервативними речовинами.

Абсолютний показник загального навантаження водойми консервативними речовинами, індивідуальними або сумою консервативних речовин C_n. Якщо у природній воді забруднювача не було, то С_фону=0.

,

де С_стоку і С_фону – концентрація забруднювача і стічній воді та фонова;

Q_стоку і Q_фону - витрата стічної води з підприємства та витрата природної води у водоймі.

Цей показник дозволяє оцінити ступінь забруднення водойми (С_n) протягом певного відрізку часу.

Показник відносного і граничнодопустимого навантаження водойми знаходять із співвідношення концентрації забруднювачів С_стоку та ГДК забруднювача ():

.

Якщо  > 1, то вода забруднена. Коли ж  =1, то це відповідає граничним умовам навантаження водойми забруднювачами.

Показники просторового розподілу забруднення у водоймі враховують поширення забруднення лінійне (_забр.), по площі водойми (_забр.), в об’ємі водойми (_забр.). Для визначення лінійного поширення зон забруднення користуються показниками:

, і ,

де Н – середня глибина водойми; В – середня ширина водойми; L_забр. – віддаль від місця спуску стоків до місця, в якому концентрація забруднювача дорівнює ГДК; _Н,забр. і _В,забр.– відносні лінійні показники поширення зони забруднення вглиб та вшир водойми.

Для визначення просторового поширення зони забруднення обчислюють відносні показники:

і ,

де S_забр. та V_забр – площа та об’єм забруднення води у водоймі;

S_вод. та V_вод. – площа та об’єм води на ділянці водойми, яку досліджують;

_S,забр. та _V,забр. – відносні показники поширення зони забруднення за площею S та об’ємом V води у водоймі.

Показники цієї групи дозволяють оцінити зміну санітарного стану водойми від зміни гідрологічних характеристик водойми.