18. Влияние загрязненных веществ на химический состав прир. Вод.

Всякое антропогенное воздействие на одну из составляющих системы атмосферные осадки, поверхностные воды, подземные воды рано или поздно отразится на других составляющих. Химический состав природных вод является индикатором поступления загрязняющих веществ, при этом вода является связующим звеном посредством которого загрязняющие вещества передаются биоте. Выводы:

1) необходимость комплексного подхода к изучению загрязнения гидросферы, вкл-я все составляющие гидросферы

2) важность исследования всех загрязняющих веществ на формирование хим. состава вод.

В поверхностные воды основная масса загрязняющих веществ попадает воздушным или водным путем. В частности общая масса нефтяных углеводородов, попадающих в океан оценивается в 10 млн тонн.

Основные источники загрязнения океана нефтью и нефтепродуктами

Источники загрязнения	Нефть и нефтепродуты
	млн т/год	% масс
Транспортные перевозки: обычные катастрофичные	2,13 1,83 0,30	34,9 30,0 4,9
Вынос реками	1,90	31,1
Попадание из атмосферы	0,60	9,8
Природные источники	0,60	9,8
Промышленные отходы	0,30	4,9
Городские отходы	0,30	4,9
Отходы прибрежных нефтеочистных заводов	0,2	3,3
Добыча нефти в открытом море: Обычные операции аварии	0,08 0,02 0,06	1,3 0,3 1,0
Итого	6,11	100

Загрязнения нефтью и ее продуктами приводят к химическим, биологическим, физиологическим изменениям в водной среде. Главными процессами являются микробиологическое разложение нефти и ухудшение газообмена между поверхностью воды и атмосферой.

Для полного окисления 4л сырой нефти потребуется О₂, содержащийся в 1500м³ морской воды, насыщенной воздухом при t=60⁰С. Это эквивалентно количеству морской воды, содержащейся в слое толщиной 30см и площадью 5000м². В связи с этим бактериальное разложение значительно снижает количество растворенного О₂ в воде.

Количество нефтяных углеводородов, попадающих непосредственно в океан значительно меньше того количества, которое выбрасывается в атмосферу в результате испарения и неполного сгорания топлива. Эти вещества вступают частично в фотохимические реакции, оставшаяся часть находится в виде жидких капель или адсорбируется на мелких атмосферных частицах и в конечном итоге попадают в океан. Нефтяные углеводороды образуют пленку на поверхности водоема, которая значительно затрудняет аэрацию воды. Этот процесс и расходование О₂ на окисление углеводородом приводят к сильному снижению концентрации растворенного О₂. Источником загрязнения подземных вод могут быть воды поверхностного цикла и пластовые воды нефтяных месторождений. Попадание нефтяных углеводородов в подземные воды возможно путем переноса их потоком воды или непосредственно фильтрацией через пористые породы от мест добычи, сбора, хранения или утилизации нефтяных углеводородов. Разрушение нефтепродуктов в подземных водах происходит путем их химического окисления и биогенного разложения. Наиболее действенное разрушение происходит в результате биогенного разложения. Разрушение нефтяных продуктов способствует выделению Н₂S, CO₂, и изменению рН. В подобных условиях сульфатно-натриевый тип вод преобразуется в гидрокарбонатно-натриевый. В восстановительных условиях появляется большое количество аммиака, который образуется при разложении белков и азотсодержащих веществ. Среди газов загрязняющих природные воды большое значение имеют оксиды серы и азота. Эти оксиды попадают в окружающую среду при сжигании топлива, вызывают закисление атмосферных осадков и природных вод. В результате этого процесса произошло закисление природной среды на обширной территории Европы, Азии и Северной Америки. Кислотные дожди оказывают непосредственное влияние на биоту, а также косвенное влияние через природную воду. В некоторых районах рН стал ниже 5. Влияние кислотных дождей сказывается не только на поверхностных водах, но и на подземных, увеличение кислотности грунтовых вод. Одновременно в водах увеличивается содержание Аl, тяжелых металлов, отмечается, что эти изменения происходят с некоторым запозданием по отношению к изменению выбросов SO₂.

Сточные воды городов и других населенных мест образуются из хозяйственно-бытовых, фекальных и дождевых вод, которые стекают по населенной местности и смывают грязь с территории. Сточные воды городов имеют разные концентрации растворенных веществ, но качественный состав сходен. Главными компонентами являются аммонии, хлориды, сульфаты, фосфаты натрия, калия, органические и взвешенные вещества. В сточных водах содержится огромное количество бактерий.

Основным поставщиком химических веществ в природные воды являются промышленные воды. Промышленные воды разнообразны, как по концентрации, так и по составу веществ в зависимости от вида промышленности. Бумажная, деревообрабатывающая, пищевая отрасли промышленности поставляют в природные воды преимущественно органические вещества различного состава. Химическая, металлургическая, горнодобывающая отрасли поставляют в природные воды нефть, нефтепродукты, хлориды, сульфаты, нитраты, металлы и др. Сельское хозяйство поставляет в природные воды органические, биогенные вещества и пестициды.

Сточные воды, стекающие с городских территорий приводят к увеличению содержания органического вещества примерно в 4раза, а азота и фосфата до 20раз. В газовом составе вод подземного стока резко уменьшается содержание О₂. Изменение состава главных ионов выражается не очень сильно, процентов на 10 возрастает концентрация ионов Na и Cl, на 20% ионов К.

Химический состав подземной гидросферы городов изменяется в следующих направлениях: повышение или понижение минерализации воды, увеличение пестроты химического состава, появление в воде различных веществ искусственного происхождения, а также увеличение агрессивности воды в связи с увеличением содержания в воде СО_2, сульфатов, ионов магния и уменьшение рН.

Особая роль в загрязнении принадлежит азоту и фосфору. Вещества, содержащие азот и фосфор поступают в водоемы с бытовыми и промышленными стоками, а также с водами сельскохозяйственных полей. Избыток фосфора и азота вызывает в воде быстрое размножение сине-зеленых водорослей. При их размножении расходуется огромное количество О₂, которое сказывается на состоянии водоема. В водоеме создается анаэробная среда. Подземные воды, несмотря на свою относительную защищенность, содержат повышенные концентрации нитратов.

Основными поставщиками антропогенного азота в подземные воды служат с/х удобрения, отходы скотных дворов. Синтетические ПАВ способствуют пенообразованию, которое затрудняет оседание взвешенных веществ. В результате увеличивается мутность воды, уменьшается фотосинтез и концентрация растворенного О₂.т.о. поступление в воду органических и биогенных веществ ведет к эвтрафикации водоемов.

Фиксированные категории трофического состояния воды

Трофическое состояние	среднее поступление фосфора, мкг/л.	содержание хлорофилла мг/л
		среднее	максимальное
ультраолиготрофное	менее 4	менее 1	менее 2,5
олиготрофное	менее 10	менее 2,5	8
мезотрофное	10--35	2,5--8	8--26
эвтотрофное	35--100	8--25	25--76
гипертрофное	более 100	более 25	более 76

В природных и антропогенных ландшафтах водоемы служат местами естественного стока и накопления различных химических соединений, переносимых в процессе миграции. Миграционные потоки биогенных элементов значительно увеличиваются при сбросе в водоемы сточных вод, а также при использовании избыточных количеств удобрений.

В результате поступления значительных количеств азота, фосфора, калия происходит вспышка роста организмов, населяющих водоем, резкое увеличение биомассы растительности приводит к увеличению потребления О₂, к ухудшению условий существования рыб и др. организмов. В конечном итоге в водоеме возникает восстановительная среда, увеличивается накопление органических веществ в осадках и образуются болота.

Опасными веществами, загрязняющими природные воды, являются пестициды. По сравнению с др. компонентами, пестициды находятся в сравнительно низких концентрациях. Пестициды мало влияют на химический состав воды, но губительно действуют на все живые организмы. Нормами предусматривается полное отсутствие пестицидов воде. Почвенные условия способствуют разложению пестицидов, которое протекает под действием биотических и абиотических факторов. В основном пестициды накапливаются верхнем горизонте почвы, но способны мигрировать на глубину 1м и более. Органическое вещество почвы, оксиды и гидроксиды металлов выполняют роль катализаторов во многих реакциях пестицидов. При участии почвенной влаги происходит гидролиз пестицидов. На этот процесс влияют температура, влажность, рН. В почве идут реакции ОВР, которым подвергаются многие серусодержащие пестициды. При значениях рН от 3 до 4 и избытке нитратов происходит разложение пестицидов с образованием нитразо соединений. Содержание в почве свободных радикалов и фотохимические реакции способствуют разложению пестицидов, особенно на поверхности почвы. Биотическому разложению пестицидов принадлежит важная роль в почвах.

Выделяют 4 направления трансформации пестицидов почвенной микробиотой:

1) энзиматическое воздействие (для полной потери токсичности пестицидов)

2) трансформация пестицидов в токсические вещества (активация пестицидов)

3) трансформация пестицидов в вещества с иным спектром ингибирующего действия.

4) трансформация пестицидов с образованием соединения-стимулятора.

В процессе самоочищения почв участвуют многие группы почвенных животных (ногохвостки, клещи) инактивируют пестициды, изменяя их хим. состав. Дождевые черви и роющие животные способствуют перемещению пестицидов в более глубокие слои.

Значит. место среди загрязняющих в-в занимают тяж.металлы (Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sn, сурьма, Vi). Формы поступления тяж. металлов разнообразны. В составе газопылевых выбросов часть металлов и токсичных элементов находятся в газообразной форме: сурьма, As, Zn, Cd, часть в составе пылевой фракции: сульфиды, сульфаты, оксиды, арсениды металлов. Далее происходит их оседание на растения и почвенный покров, на поверхность водных объектов. Этот процесс может происходить с осадками, в кот. некоторые металлы находятся в растворимой форме. максимальное техногенное воздействие испытывают обычно верхние гумусовые горизонты почв и подстилка. В них удерживается основная часть металлов, здесь не происходит первичная трансформация попадающих в почву соединений. Соединения тяжелых металлов подвергаются процессам гидролиза, комплексообразования, адсорбции, коагуляции, окисления-восстановления. Тяжелые металлы при взаимодействии с органическим веществом воды образуют органоминеральные комплексные соединения, которые обладают высокой устойчивостью. Часть органических соединений, с которыми связываются металлы, представлена продуктами микробиологической деятельности. Ртуть может аккумулироваться в звеньях пищевой цепи. Микроорганизмы могут быть устойчивы к ртути, превращают Hg в вещества токсичные для высших растений и организмов. Водоросли, грибы и бактерии способны аккумулировать Hg в клетках и участвовать в трофической цепочке. В условиях нейтральной или слобощелочной реакции тяжелые металлы в почвах находятся в малодоступной форме и накапливаются. Главная опасность для живых организмов представляют токсичные элементы, которые мигрируют в виде анионов: Zn, Cr, As, Mo, Se, ванадий, сурьма. Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах связывают с закисление воды. Уменьшение рН способствует переходу тяжелых металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное.