3.2. Забруднення гідросфери

3.2.1. Основні види забруднення

Усяка водойма чи водне джерело пов'язане з навколишнім зовнішнім середовищем. На нього впливають умови формування поверхневого чи підземного водного стоку, різні природні явища, індустрія, промислове і комунальне будівництво, транспорт, господарська і побутова діяльність людини. Наслідком цих впливів є привнесення у водне середовище нових, невластивих їй речовин - забруднювачів, що погіршують якість води.

Під забрудненням водних ресурсів розуміють будь-які зміни фізичних, хімічних і біологічних властивостей води у водоймах у зв'язку зі скиданням у них рідких, твердих і газоподібних речовин, що заподіюють чи можуть створити незручності, роблячи воду даних водойм небезпечною для використання, наносячи збиток народному господарству, здоров'ю і безпеці населення.

Забруднення, що надходять у водне середовище, класифікують по-різному, у залежності від підходів, критеріїв і завдань. Так, звичайно виділяють механічне, хімічне, фізичне і біологічне забруднення.

Механічне забруднення - підвищення вмісту механічних домішок, властиве в основному поверхневим видам забруднень;

хімічне забруднення - наявність у воді органічних і неорганічних речовин токсичної і нетоксично!" дії;

бактеріальне і біологічне забруднення - наявність у воді різноманітних патогенних мікроорганізмів, грибів і дрібних водоростей;

радіоактивне забруднення - присутність радіоактивних речовин у поверхневих чи підземних водах;

теплове забруднення - випуск у водойми підігрітих вод підприємств, теплових і атомних ЕС.

Хімічне забруднення найбільш поширене. Воно створює зміну природних хімічних властивостей води за рахунок збільшення вмісту в ній шкідливих домішок як неорганічної (мінеральні солі, кислоти, луги, глинисті частки), так і органічної природи (нафта і нафтопродукти, органічні залишки, поверхнево активну речовину, пестициди).

Основними неорганічними (мінеральними) забруднювачами прісних і морських вод є різноманітні хімічні сполуки, токсичні для мешканців водного середовища. Це сполуки миш'яку, свинцю, кадмію, ртуті, хрому, міді, фтору. Більшість з них потрапляє у воду в результаті людської діяльності. Важкі метали поглинаються фітопланктоном, а потім передаються по харчовому ланцюзі більш високоорганізованим організмам.

Токсичний ефект деяких найбільше розповсюджених забруднювачів гідросфери представлений у таблиці 3.2, яка наведена нижче:

Таблиця 3.2 Токсичний ефект деяких забруднювачів гідросфери

Речовина

Планктон

Ракоподібні

Молюски

Риби

1. Мідь

+++

+++

+++

+++

2. Цинк

+

++

++

++

3. Свинець

-

+

+

+++

4. Ртуть

++++

+++

+++

+++

5. Кадмій

-

++

++

++++

6. Хлор

-

+++

++

+++

7. Роданід

-

++

+

++++

8. Ціанід

-

+

++

++++

9. Фтор

-

-

+

++

10. Сульфід

-

++

+

+++

Ступінь токсичності (примітка):

- відсутня

+ - дуже слабка

++ - слабка

+++ - сильна

++++ - дуже сильна

Крім перерахованих у таблиці речовин, до небезпечного зараженого водного середовища можна віднести неорганічні кислоти і луги, що зумовлюють широкий діапазон рН промислових стоків (1,0 -11,0) і здатних змінювати рН водяного середовища до значення нижче 5,0 чи вище 8,5, тоді як риба в прісній і морський воді може існувати тільки в інтервалі рН 5,0 - 8,5.

Серед основних джерел забруднення гідросфери мінеральними речовинами і біогенними елементами варто згадати підприємства харчової промисловості і сільгосппідприємства. Зі зрошуваних земель щорічно вимивається близько 6 млн. т. солей, відходи, які вміщують ртуть, свинець, мідь. Деяка їхня частина виноситься далеко за межі територіальних вод. Забруднення ртуттю значно знижує первинну продукцію морських екосистем, придушуючи розвиток фітопланктону. Відходи, що містять ртуть, звичайно концентруються у донних відкладеннях чи затоках рік. Подальша її міграція супроводжується нагромадженням метилової ртуті і її включенням у трофічні ланцюги водяних організмів, а потім і людини. Так, популярність придбала хвороба Мінамата, яка вперше була виявлена японськими вченими у людей, що вживали в їжу рибу, виловлену в затоці Мінамата, у яку безконтрольно скидали промислові стоки з техногенною ртуттю.

Серед внесених в океан із суші розчинних речовин, велике значення для мешканців водного середовища мають не тільки мінеральні, біогенні елементи, але і органічні залишки. Винос в океан органічної речовини оцінюється в 300 - 380 млн. т./рік. Стічні води, що містять суспензії органічного походження чи розчини органічної речовини, згубно впливають на стан водойм. Осідаючи, суспензії заливають дно і затримують розвиток чи цілком припиняють життєдіяльність донних мікроорганізмів, що беруть участь у процесі самоочищення води. При гнитті даних опадів можуть утворюватися шкідливі з'єднання й отруйні речовини, такі як сірководень, що призводить до забруднення усієї води в річці. Наявність суспензій утруднює також проникнення світла в глиб води і сповільнює процеси фотосинтезу. Однією з основних санітарних вимог до якості води є вміст у ній необхідної кількості кисню. Шкідливу дію роблять усі забруднення, що так чи інакше сприяють зниженню вмісту кисню у воді. Поверхово-активні речовини - жири, олії, мастильні матеріали створюють на поверхні води плівку, що перешкоджає газообміну між водою й атмосферою, що знижує ступінь насиченості води киснем.

Значний обсяг органічних речовин, більшість з яких не властива природним водам, скидається в ріки разом із промисловими і побутовими стоками. Наростаюче забруднення водойм і водостоків спостерігається в усіх промислових країнах. Інформація про вміст деяких органічних речовин у промислових стічних водах подана нижче:

Забруднюючі речовини. Кількість у світовому стоці, млн. т./рік:

1. Нафтопродукти 26,563.

2. Феноли 0,460.

3. Відходи виробництв синтетичних волокон 5,500.

4. Рослинні органічні залишки 0,170.

5. Всього 33,273.

У зв'язку зі швидкими темпами урбанізації і трохи уповільненим будівництвом очисних споруджень чи їх незадовільною експлуатацією водні басейни і ґрунт забруднюються побутовими відходами. Особливо відчутне забруднення у водоймах з уповільненим плином чи непротічних (водоймища, озера).

Органічні відходи можуть стати середовищем для патогенних організмів. Вода, забруднена органічними відходами, стає практично непридатною для пиття й інших потреб. Побутові відходи небезпечні не тільки тим, що є джерелом деяких хвороб людини (черевний тиф, дизентерія, холера), але і тим, що вимагають для свого розкладання багато кисню. Якщо побутові стічні води надходять у водойму в дуже великих кількостях, то вміст розчинного кисню може понизитися нижче рівня, необхідного для життя морських і прісноводних організмів.

.Забруднення поверхневих і підземних вод

Основними джерелами забруднення і засмічення водойм є недостатньо очищені стічні води промислових і комунальних підприємств, великих тваринницьких комплексів, відходи виробництва при розробці рудних копалин, гідроенергетичному будівництві, води шахт, рудників, відходи при обробці і сплаві лісоматеріалів, скидання водного і залізничного транспорту, відходи первинної обробки льону, пестициди і т.д. З початком навігаційного періоду збільшується забруднення суднами річкового флоту.

Забруднюючі речовини, потрапляючи в природні водойми, призводять до якісних змін води, що в основному виявляються в змінах фізичних властивостей її хімічного складу, зокрема, появі неприємних запахів, присмаків і т.д.; у наявності речовин, що плавають на поверхні води і відкладанні на дні водойм.

Виробничі стічні води забруднені в основному відходами і викидами виробництва. Кількісна і якісна сполука їх різноманітна і залежить від галузі промисловості, її технологічних процесів; їх поділяють на дві основні групи: ті, що утримують неорганічні домішки, у тому числі і токсичні, і ті, що утримують отрути.

До першої групи відносяться стічні води содових, сульфатних, азотно-тукових заводів, збагачувальних фабрик свинцевих, цинкових, нікелевих руд і т.д., у яких містяться кислоти, луги, іони важких металів і ін. Стічні води цієї групи в основному змінюють фізичні властивості води.

Стічні води другої групи скидають нафтопереробні, нафтохімічні заводи, підприємства органічного синтезу, коксохімічні й ін. У стоках містяться різні нафтопродукти, аміак, альдегіди, смоли, феноли й інші шкідливі речовини. Шкідлива дія стічних вод цієї групи полягає головним чином в окисних процесах, внаслідок яких зменшується вміст у воді кисню, збільшується біохімічна потреба в ньому, погіршуються органолептичні показники води.

Нафта і нафтопродукти на сучасному етапі є основними забруднювачами внутрішніх водойм, вод і морів Світового океану. Потрапляючи у водойми, вони створюють різні форми забруднення: нафтову плівку, що плаває на воді, розчинені чи емульсовані у воді нафтопродукти, що осіли на дно, важкі фракції і т.д. При цьому змінюється запах, смак, забарвлення, поверхневий натяг, в'язкість води, зменшується вміст кисню, з'являються шкідливі органічні речовини, вода здобуває токсичні властивості і становить загрозу не тільки для людини. 12 мл нафти роблять непридатною для вживання тонну води.

Серед продуктів промислового виробництва особливе місце за своїм негативним впливом на водне середовище і живі організми займають токсичні синтетичні речовини. Вони знаходять все більш широке застосування в промисловості, на транспорті, у комунально-побутовому господарстві. Концентрація цих з'єднань у стічних водах, як правило, складає 5-Ю мг/л при ГДК- 0,1 мг/л. Ці речовини можуть утворювати у водоймах прошарок піни, особливо добре помітний на порогах, перехрестах, шлюзах. Спроможність до піноутворення у цих речовин з'являється вже при концентрації 1-2 мг/л.

Досить шкідливим забрудненням промислових вод є фенол. Він міститься в стічних водах багатьох нафтохімічних підприємств. При цьому різко знижуються біологічні процеси водойм, процес їхнього самоочищення, вода здобуває специфічний запах карболки.

На життя населення водойм згубно впливають стічні води целюлозно-паперової промисловості. Окислювання деревної маси супроводжується поглинанням значної кількості кисню, що призводить до загибелі ікри, мальків і дорослих риб. Волокна й інші нерозчинні речовини засмічують воду і погіршують її фізико-хімічні властивості. На рибах і на їхньому кормі - безхребетних - несприятливо відбиваються сплави. З гниючої деревини і кори виділяються у воду різні дубильні речовини. Смола й інші екстрактивні продукти розкладаються і поглинають багато кисню, викликаючи загибель риби, особливо молоді й ікри. Крім того, сплави сильно засмічують ріки, а затонула колода нерідко цілком забиває їхнє дно, позбавляючи риб нерестовищ і кормових місць.

Атомні електростанції радіоактивними відходами забруднюють ріки. Радіоактивні речовини концентруються дрібними планктонними мікроорганізмами і рибою, потім по ланцюзі харчування передаються іншим тваринам і людині. Встановлено, що радіоактивність планктонних мешканців у тисячі разів вища, ніж води, у якій вони живуть. Стічні води, що мають підвищену радіоактивність (100 кюрі на 1л і більше), підлягають похованню в підземні безстічні басейни і спеціальні резервуари.

Ріст населення, розширення старих і виникнення нових міст значно збільшили надходження побутових стоків у внутрішні водойми. Ці стоки стали джерелом забруднення рік і озер хвороботворними бактеріями і гельмінтами. У ще більшому ступені забруднюють водойми миючі синтетичні засоби, широко використовувані в побуті. Вони знаходять широке застосування також у промисловості і сільському господарстві. Хімічні речовини, що містяться в них, надходячи зі стічними водами в ріки й озера, значно впливають на біологічний і фізичний режим водойм. У результаті знижується здатність вод до насичення киснем, паралізується діяльність бактерій, які мінералізують органічні речовини.

Серйозне занепокоєння викликає забруднення водойм пестицидами і мінеральними добривами, що потрапляють з полів разом зі струменями дощової і талої води. У зв'язку з інтенсифікацією тваринництва усе більш дають про себе знати стоки підприємств даної галузі сільського господарства.

Стічні води, що містять рослинні волокна, тваринні і рослинні жири, фекальну масу, залишки плодів і овочів, відходи шкіряної і целюлозно-паперової промисловості, цукрових і пивоварних заводів, підприємств м'ясо-молочної, консервної і кондитерської промисловості, є причиною органічних забруднень водойм.

У стічних водах звичайно близько 60% речовин органічного походження, до цієї ж категорії органічних відносяться біологічні (бактерії, віруси, гриби, водорості) забруднення в комунально-побутових, медико-санітарних водах і відходах шкіряних і підприємств, які миють шерсть.

Забруднюються ріки і під час сплаву, при гідроенергетичному будівництві, а з початком навігаційного періоду збільшується забруднення суднами річкового флоту.

Нагріті стічні води ТЕС і інших виробництв заподіюють "теплове забруднення", що загрожує досить серйозними наслідками: у нагрітій воді менше кисню, різко змінюється термічний режим, що негативно впливає на флору і фауну водойм, при цьому виникають сприятливі умови для масового розвитку у водоймищах синьо-зелених водоростей - так званого "цвітіння води".

У ряді регіонів важливим джерелом прісної води були підземні води. Раніше вони вважалися найбільш чистими. Але в даний час в результаті господарської діяльності людей багато джерел підземної води також піддаються забрудненню. Нерідко це забруднення настільки велике, що вода у них стала непридатною для пиття. Людство споживає на свої потреби величезну кількість прісної води. Основними її споживачами є промисловість і сільське господарство. Найбільш водоємні галузі промисловості - гірничодобувна, сталеливарна, хімічна, нафтохімічна, целюлозно-паперова і харчова. На них іде до 70% усієї води, що затрачається в промисловості. Головний же споживач прісної води - сільське господарство: на його потреби іде 60-80% усієї прісної води. У сучасних умовах сильно збільшуються потреби людини у воді на комунально-побутові потреби. Обсяг споживаної води для цих цілей залежить від регіону і рівня життя, складає від 3 до 700 л на одну людину. З аналізу водоспоживання за 5-6 минулих десятиліть випливає, що щорічний приріст безповоротного водоспоживання, при якому використана вода безповоротно губиться для природи, складає 4-5%. Перспективні розрахунки показують, що при зберіганні таких темпів споживання і з урахуванням приросту населення й обсягів виробництва до 2100 р. людство може вичерпати всі запаси прісної води. Вже в даний час нестачу прісної води відчувають не тільки території, що природа обділила водними ресурсами, але і багато регіонів, що ще нещодавно вважалися сприятливими в цьому відношенні. В даний час потреба в прісній воді не задовольняється у 20% міського і 75% сільського населення планети.

Обмежені запаси прісної води ще більше скорочуються через їхнє забруднення. Головну небезпеку створюють стічні води (промислові, сільськогосподарські і побутові), оскільки значна частина використаної води повертається у водні басейни у вигляді стічних вод.

3.2.3. Забруднення води сільськогосподарськими стоками

У зв'язку з інтенсифікацією тваринництва все більше дають про себе знати стоки підприємств даної галузі сільського господарства.

Викликає серйозне занепокоєння забруднення водойм пестицидами і мінеральними добривами, що потрапляють з полів разом зі струменями дощової і талої води. У результаті досліджень, наприклад, доведено, що інсектициди, що містяться у воді у вигляді суспензій, розчиняються в нафтопродуктах, якими забруднені ріки й озера. Ця взаємодія призводить до значного ослаблення окисних функцій водяних рослин. Потрапляючи у водойми, пестициди накопичуються в планктоні, бентосі, рибі, а по ланцюжку харчування потрапляють в організм людини, діючи негативно як на окремі органи, так і на організм у цілому.

З інших забруднювачів необхідно назвати метали (наприклад, ртуть, свинець, цинк, мідь, хром, олово, марганець), радіоактивні елементи, отрутохімікати, що надходять із сільськогосподарських полів, і стоки тваринницьких ферм. Розширене виробництво (без очисних споруджень) і застосування ядохімікатів на полях призводять до сильного забруднення водойм шкідливими з'єднаннями. Забруднення водного середовища відбувається в результаті прямого внесення отрутохімікатів при опрацюванні водойм для боротьби зі шкідниками; надходження у водойми води, що стікає з поверхні оброблених сільськогосподарських угідь; при скиданні у водойми відходів підприємств-виробників, а також в результаті втрат при їх транспортуванні, зберіганні і частково з атмосферними опадами. Поряд із отрутохімікатами сільськогосподарські стоки містять значну кількість залишків добрив (азоту, фосфору, калію), внесених на поля. Крім того, велика кількість органічних сполук азоту і фосфору потрапляють із стоками від тваринницьких ферм, а також з каналізаційними стоками. Підвищення концентрації живильних речовин у воді призводить до порушення біологічної рівноваги у водоймі. Спочатку в таких водоймах різко збільшується кількість мікроскопічних водоростей. Зі збільшенням кормової бази зростає кількість ракоподібних, риб і інших водяних організмів. Потім відбувається відмирання величезної кількості організмів. Воно призводить до витрати всіх запасів кисню, що утримується у воді, і накопиченню сірководню. Обстановка у і водоймі змінюється настільки, що він стає негожим для існування будь-яких форм організмів. Водойма поступово "вмирає".

3.2.4. Теплове забруднення

Одним із видів забруднення водоймищ є теплове забруднення. Теплове забруднення поверхні водоймищ і прибережних морських акваторій виникає в результаті скидання нагрітих стічних вод електростанціями і деякими промисловими виробництвами. Теплове забруднення загрожує досить серйозними наслідками: у нагрітій воді менше кисню, різко змінюється термічний режим, що негативно впливає на флору і фауну водойм. Скидання нагрітих вод у багатьох випадках зумовлює підвищення температури води у водоймах на 6-8 градусів Цельсія. Площа плям нагрітих вод у прибережних районах може досягати ЗО км2. З підвищенням температури у водоймі зменшується кількість кисню, збільшується токсичність забруднюючих воду домішок, порушується біологічна рівновага. Більш стійка температурна стратифікація перешкоджає водообміну між поверхневим і донними шарами. Розчинність кисню зменшується, а споживання його зростає, оскільки з ростом температури підсилюється активність аеробних бактерій, що розкладають органічну речовину. Підсилюється видова розмаїтість фітопланктону і усієї флори водоростей, при цьому виникають доброчинні умови для масового розвитку у водоймищах синьо-зелених водоростей - так званого "цвітіння води".

У забрудненій воді з підвищенням температури починають бурхливо розмножуватися хвороботворні мікроорганізми і віруси. Потрапивши в питну воду, вони можуть викликати спалахи різноманітних захворювань.