Источники загрязнения, санитарное состояние и охрана водоемов

Для снабжения питьевой водой используются как подземные, так и поверхностные источники. Безусловно, вода подземных, особенно межпластовых, источников чище, чем поверхностных. Подземные источники более стабильны, надежны и безопасны по микробиологическим, органолептическим и токсикологическим показателям. Однако количество подземных вод ограниченно. Их непомерное откачивание может привести к тяжелым гидрогеологическим и экологическим последствиям. В связи с этим во многих странах мира широко используются поверхностные воды.

Так, в нашей стране из поверхностных источников осуществляется водоснабжение 38% городов, а в США более чем для половины населения источниками водоснабжения служат поверхностные водоемы. К сожалению, при современном росте городов, развитии промышленности, сельского хозяйства и транспорта одновременно увеличивается количество отходов, загрязняющих окружающую среду, в том числе и водоемы. Наиболее сильно при этом страдают поверхностные источники. При неправильном отношении к целостности грунта и водоупорных земных пород без учета геологического строения земной коры возможно загрязнение и подземных источников. Первой задачей охраны водоемов является выяснение причин и источников их загрязнения.

Природные воды загрязняют в первую очередь бытовые хозяйственно-фекальные сточные воды. Они образуются в результате гигиенических процедур и хозяйственной деятельности человека, в них 60% всех загрязнений составляют органические вещества. Кроме того, хозяйственно-фекальные сточные воды содержат огромное количество (до нескольких миллионов в 1 мл) как непатогенных, так и патогенных микроорганизмов и жизнеспособных яиц гельминтов. В эпидемиологическом отношении весьма опасны сточные воды инфекционных больниц, которые часто не подвергаются специальной обработке перед сбросом в общую канализацию.

Вторым источником загрязнения водоемов являются промышленные стоки. Они оказывают выраженное негативное влияние на состояние природных вод и играют ведущую роль в ухудшении состояния водоемов. Это подтверждается множеством примеров мировой санитарной практики.

Так, в реки Великобритании со сточными водами ежегодно сбрасывается 40−50 млн т загрязняющих веществ, прежде всего промышленного происхождения. В результате этого процесса вода малых и средних рек к устьям приближается по качеству к разбавленным сточным водам.

В Японии с промышленными стоками в водоемы поступают в больших количествах токсичные соединения ртути, меди, цинка, кадмия, что приводит к заболеваниям людей, потребляющих эту воду.

В Финляндии 90% всех органических соединений поступает в окружающую среду со сточными водами лесохимической промышленности, водоисточники загрязняют также стоки кожевенной, текстильной и химической промышленности.

Промышленные сточные воды формируются в результате использования воды для технологических целей, поэтому их состав полностью определяется конкретным производственным процессом. Существует более 140 видов технологических процессов, каждый из которых определяет специфический состав сточных вод. В промышленных стоках присутствуют самые разнообразные токсичные вещества: фенолы, цианиды, соединения мышьяка, меди, свинца, ртути, кадмия, полициклические углеводороды, пестициды, технические масла, а также радионуклиды, создающие угрозу отравления водных организмов, людей и домашних животных. Наиболее стабильные радионуклиды и химические вещества, например пестициды, соединения тяжелых металлов, могут распространяться по биологическим цепочкам (вода — моллюски — рыбы — человек; вода — растения — животные — человек), кумулировать и достигать высоких концентраций в продуктах питания.

Опасность сброса неочищенных промышленных сточных вод усугубляется также тем, что, помимо токсического действия, присутствующие в них вещества могут давать отдаленные эффекты — канцерогенные, мутагенные, аллергенные, гонадотоксические и эмбриотропные.

В сточных водах мясокомбинатов, кожевенных заводов, сахарных и других предприятий пищевой промышленности содержится много органических веществ животного и растительного происхождения и микроорганизмов. Высокую опасность в этом отношении представляют сточные воды предприятий микробиологической промышленности и инфекционных больниц. В загрязненных водоемах возможны интенсивное развитие фитопланктона, ухудшение органолептических свойств воды, снижение содержания кислорода, окислительной способности и, как следствие, нарушение естественных биоценозов и загнивание воды.

С точки зрения избыточного развития фитопланктона неблагоприятно поступление в водоемы так называемых термальных вод электростанций, в том числе атомных. Поступление таких стоков способствует бурному развитию микроорганизмов, цветению и загниванию воды водоемов даже в тех климатических районах, где обычно этих явлений не наблюдается.

Еще одним важным источников загрязнения природных вод служит воздушная среда, особенно в промышленно развитых странах и крупных городах. Так, кислотные дожди представляют угрозу для водоемов 22 штатов США, расположенных восточнее реки Миссисипи. В штате Нью-Йорк значительное число озер и прудов непригодны для разведения рыбы из-за высокой кислотности воды, вызванной осадками. Из 850 озер 212 имели критический уровень рН, а 381 приближалось к этому уровню. Отмечаются случаи и кислотного снега, таяние которого еще больше нарушает экологию водоемов, так как он меньше поглощается почвой.

Загрязнение водоемов техногенными осадками стало международной проблемой в связи с тем, что токсичные и радиоактивные вещества распространяются в верхних слоях атмосферы со скоростью более 100 км/ч и за короткое время преодолевают тысячи километров. Известны случаи, когда радиоактивные осадки выпадали в Крыму и Ленинграде после испытания ядерного оружия в Неваде и Сахаре.

Загрязнение крупных рек и других водоисточников, а также прибрежных вод морей и океанов в значительной мере определяется судоходством. В водоемы поступают хозяйственно-фекальные сточные воды, как правило, неочищенные, с судов, не оборудованных биотуалетами, а также горюче-смазочные материалы. Исследования показывают, что угрожающим становится загрязнение Балтийского, Черного и Средиземного морей. Опасение вызывает высокий уровень загрязнения в результате судоходства прибрежных вод таких всемирно известных курортов, как Паланга, Сочи и др. Еще больше загрязняются воды в акватории портовых городов.

Высокую опасность в отношении загрязнения воды водоемов, равно как и других сред биосферы, создают аварийные ситуации на предприятиях промышленности, энергетики и на водном транспорте, когда практически одномоментно в водоемы поступает огромное количество химических или радиоактивных веществ. В последние десятилетия были многочисленные аварии на танкерах с выбросом в моря и океаны десятков и даже сотен тысяч тонн горюче-смазочных материалов и нефти-сырца, которые надолго нарушают экологический баланс, вызывают гибель флоры и фауны водных объектов, значительно ухудшают условия жизни населения, особенно в курортных зонах, и, конечно, наносят значительный экономический ущерб. Примером аварийного загрязнения водоемов является также поступление радиоактивных веществ в реку Припять, а затем в Днепр и в Черное море после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г.

Большое количество взвешенных органических веществ, минеральных примесей и горюче-смазочных материалов поступает в водоемы с ливневыми стоками и особенно с водами ливневой канализации в крупных городах в весенний паводковый период. Воды ливневой канализации, как правило, не подвергаются биологической очистке и обеззараживанию.

Сточные воды сельскохозяйственного производства можно разделить на два основных вида. К первому относятся стоки с полей, содержащие химические вещества в виде минеральных удобрений и ядохимикатов, а также органические соединения, микроорганизмы и гельминты, источником которых являются продукты гниения навоза. Указанные компоненты могут не только смываться в открытые водоемы при обильных осадках, но и проникать в грунтовые воды при их запахивании в почву.

Второй вид загрязнений сельскохозяйственного происхождения — жидкие отходы животноводства и птицеводства. В них много органических веществ и микроорганизмов, в том числе условно-патогенных и патогенных. В странах с развитым животноводством общее количество таких сточных вод довольно велико Нередко источниками загрязнения поверхностных водоемов и подземных грунтовых вод становятся свалки бытового и промышленного мусора, особенно несанкционированные, которые появляются стихийно и располагаются без учета особенностей подстилающей земной поверхности. Рыхлость грунта и высокое стояние грунтовых вод способствуют загрязнению первого водоносного горизонта.

Еще одним возможным путем загрязнения подземных источников является сброс сточных вод в глубокие подземные горизонты через поглощающие колодцы и скважины. Некоторые исследователи из Агентства охраны окружающей среды США (Hill P.D., 1983) считают этот метод утилизации промышленных отходов надежным и перспективным. С начала 1950;х годов он находит все более широкое применение во многих странах.

В России этот метод используется с 1956 г., когда впервые на нефтепромыслах Башкирии началась закачка сточных вод в глубокие поглощающие горизонты. В настоящее время в скважины глубиной до 3700 м во многих регионах, в том числе на Крайнем Севере, закачиваются промышленные стоки, содержащие щелочи, кислоты, хроматы, нитраты, сульфаты, фосфаты, а также радиоактивные вещества. Однако отечественные ученые считают этот метод вынужденным, не решающим принципиальных задач обезвреживания токсичных отходов, угрожающим безопасности природных вод и здоровью населения. Недостаточная изученность данного способа чревата необратимым загрязнением высококачественных вод обширных водоносных горизонтов.

Таким образом, в современных условиях идет массированное загрязнение как поверхностных, так и подземных вод от различных источников.

Интенсивность и уровень современного загрязнения природных вод требуют охраны водных источников, прежде всего законодательными и административными мерами. Это разработка гигиенических нормативов токсичных веществ и строгий контроль за соблюдением их ПДК в воде водоемов, осуществляемый органами Госсанэпиднадзора. В соответствии с современными требованиями проводится контроль содержания более 1000 токсичных агентов — солей тяжелых металлов, полициклических углеводородов, пестицидов и др. Санитарное законодательство одновременно контролирует бактериальный состав и физические свойства воды.

Многие ученые-гигиенисты считают обоснованными нормирование и контроль загрязнений не только в воде водоемов, но и в сточных водах. Однако эти предложения в санитарные законодательства пока не вошли.

Наряду с законодательными и административными мерами необходимы строгие требования к обработке и сбросу в водоемы городских хозяйственно-фекальных сточных вод. Бытовые стоки должны проходить полную обработку — механическую фильтрацию, биологическую очистку и при необходимости обеззараживание препаратами, выделяющими свободный хлор, в первую очередь хлорной известью.

Особый подход требуется к охране водоемов от промышленных сточных вод. Строительную площадку для промышленного объекта нужно выбирать так, чтобы грунт мог защитить подземные воды от загрязнения. На территории предприятия должны быть возведены очистные сооружения, без ввода которых в эксплуатацию объект не может быть принят органами Госсанэпиднадзора.

Решающим условием экологической безопасности промышленного предприятия является его технологическое совершенство. Процесс производства должен быть современным, эффективным и при этом обеспечивать снижение потерь сырья и уменьшение загрязнения сточных вод или их полную ликвидацию.

В этом направлении приоритет отдается безотходным технологиям и оборотному водоснабжению. Повторное использование слабо загрязненных или достаточно очищенных сточных вод широко применяется в металлургической, угледобывающей промышленности и других отраслях производства.

Как бы ни складывалась последующая судьба промышленных сточных вод, решающая роль в предотвращении загрязнения окружающей среды принадлежит их химической очистке. Сложность обработки этого вида сточных вод объясняется особенностями технологических процессов и содержащихся в них химических агентов, а следовательно, специфичностью способов очистки в каждом конкретном случае.

Можно выделить наиболее часто встречающиеся принципы химической очистки промышленных стоков: нейтрализацию, сорбцию, экстракцию, восстановление, окисление, диазотирование, ионообменные процессы и др. В последние годы разработаны и внедряются методы электрохимического окисления и восстановления, а также эффективные методы электрокоагуляции и электрофлотации для разрушения эмульсий, В заключение следует отметить, что некоторые ученые рекомендуют использовать высокоочищенные сточные воды в сельском хозяйстве для полива растений, а очищенные хозяйственно-бытовые стоки в промышленности — в качестве технической воды. После научной проработки этот метод использования сточных вод может стать весьма перспективным.