книги / Основы общей экологии. Прикладная экология

NO + O2 → NO2

SO2 + NO2 → SO3 + NO

SO2 + 0,5 O2 → SO3

SO3 + H2O → H2SO4

2NO2 + H2O → НNO3 + НNO2

При совместном присутствии в атмосфере сернистого газа SO2 и сероводорода H2S возможно протекание следующих реакций:

SO2 + H2O → H2SO3

H2SO3 + H2S → S +H2O

В атмосфере углеводороды в результате фотохимических реакций способны окисляться до спиртов, альдегидов, карбоновых кислот, перекисных соединений, что обусловливает образование фотохимического смога.

Окисление углеводородов протекает по схеме

R-CH3 → R-OH → R-COH→ R-COOH.

Контрольные вопросы

1.Рассмотрите основные источники загрязнения атмо-

сферы.

2.Что понимают под организованными и неорганизованными выбросами в атмосферу?

3.Какова классификация источников загрязнения атмосферы по месту расположения?

4.Каковы последствия загрязнения атмосферного воз-

духа?

5.Какие функции выполняет атмосфера ?

6.Перечислите основные свойства атмосферы.

41

Глава 3. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГИДРОСФЕРУ

Гидросфера – это водная оболочка Земли, в которую входят все поверхностные и подземные воды.

Наземная гидросфера занимает около 70,8 % поверхности Земли, её масса составляет 1,4·1018 т, из которых 98,30 % сосредоточено в морях и океанах, 1,25 % – в материковых льдах и 0,45 % – в озёрах, прудах, реках, ручьях и болотах.

Подземная гидросфера представляет собой совокупность всех видов подземных вод. Нижняя граница подземной гидросферы проводится, как правило, по зоне критических температур, располагающейся на глубине 8–16 км. Подземная гидросфера пронизывает всю литосферу и образует с ней единую гидросферу [11].

Антропогенное воздействие на гидросферу проявляется в виде истощения и загрязнения вод.

3.1. Истощение вод

Под истощением вод понимают уменьшение минимально допустимого стока поверхностных вод (при котором обеспечиваются экологическое благополучие водного объекта и условия водопользования) или сокращение запасов подземных вод [12]. Оба фактора приводят к нарушению экологических связей в биосфере.

Изменение уровней подземных вод в результате интенсивного водозабора, водоотлива из шахт и карьеров приводит

кследующим негативным последствиям:

–изменение взаимосвязи поверхностных и подземных

вод;

–ухудшение речного стока;

–снижение подпитки родников, ручьев и малых рек;

–осушение заболоченных территорий, характеризующихся высоким видовым разнообразием.

42

Поверхностный сток воды на территории России распределен неравномерно, примерно 90 % общегодового объема поступает в Северный Ледовитый и Тихий океаны. На территорию бассейнов внутреннего стока (Каспийское, Азовское моря), где проживает около 65 % населения России, поступает около 8 % общегодового объема стоков. Эта ситуация послужила причиной разработки проекта переброски вод северных рек на юг.

Одной из серьезных экологических проблем является восстановление водности и чистоты малых рек, которые очень восприимчивы к антропогенному воздействию. Нерациональное использование их ресурсов и прилегающих к ним земельных участков приводит к истощению, загрязнению, обмелению, а иногда и к исчезновению малых рек.

К существенным экологическим проблемам приводит забор на хозяйственные нужды большого количества воды из рек, впадающих в водоемы. В качестве примера можно привести трагедию Аральского моря. В 1960-х гг. ХХ в. количество воды в море и его уровень стали существенно снижаться по причине забора большого количества воды из рек Сырдарья и Амударья, питающих его. Забор воды осуществлялся для полива полей, на которых выращивали хлопковые культуры. Сток с этих полей поступал с водами рек и привносил большое количество пестицидов и ядохимикатов в море. При снижении уровня воды в море оголялось его дно, покрытое соляными отложениями. С пыльными бурями на прилегающие территории разносились соли и ядохимикаты. В результате обмеления моря оно разделилось на два отдельных водоема: Северное (Малое) и Южное (Большое) Аральское море.

3.2. Основные виды загрязнения

Загрязнение природных вод проявляется в изменении физических свойств, химического или биологического состава природных вод в результате поступления в них загряз-

43

няющих веществ или живых организмов, вызывающих ухудшение качества воды [11]. Под качеством воды понимают совокупность физико-химических, бактериологических и биологических показателей, обусловливающих возможность использования воды в тех или иных целях (рыбохозяйственная, хозяйственно-питьевая и культурно-бытовая).

Основные виды загрязнения объектов гидросферы

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами. На всех эта-

пах нефтяного цикла (от добычи до использования нефтепродуктов) возможно загрязнение объектов гидросферы, чаще всего в результате аварийных ситуаций. Наибольший ущерб экосистемам наносится в результате аварийных ситуаций при разработке морских месторождений нефти; транспортировке нефти и нефтепродуктов морскими танкерами и трубопроводным транспортом; изливе топлива из аварийных и затонувших судов. Источником загрязнения объектов гидросферы также являются сточные воды нефтеперерабатывающих предприятий. В меньшем количестве нефтепродукты содержатся в ливневых и талых водах селитебных территорий, но их объемы существенны, и перед сбросом в водные объекты их очистка практически не проводится. Загрязнение приводит к появлению нефтяных пятен и пленок, затрудняющих процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа кислорода из воздуха и солнечных лучей. Это приводит к гибели представителей водной флоры и фауны. Одна тонна нефти разливается с образованием пленки на площади около 12 км2. Нефтяные пятна распространяются очень быстро под воздействием ветра, морских и речных течений. Легкие фракции нефтепродуктов улетучиваются, водорастворимые фракции выщелачиваются, а нерастворимый в воде остаток образует устойчивые к разложению вязкие эмульсии. Нефтяное загряз-

44

нение опасно как для водных обитателей, так и для водоплавающих птиц. Нефть оказывает токсический эффект при прямом контакте и неизбежно попадает в пищевые цепи. Восстановление загрязненных экосистем занимает около 15 лет.

Загрязнение биогенными элементами (азот, фосфор и ка-

лий) происходит при сбросе хозяйственно-бытовых сточных вод, смывами удобрений с полей, от объектов животноводства. Чрезмерное поступление в водные объекты питательных элементов приводит к эвтрофикации. Увеличение продуктивности водных экосистем сопровождается бурным развитием синезеленых водорослей и высших водных растений, что приводит к увеличению биомассы консументов. Все водные организмы интенсивно используют кислород для дыхания. Увеличение биомассы водных организмов сопровождается увеличением количества мертвой органики, для разложения которой также необходимо значительное количество кислорода. Эти процессы приводят к дефициту кислорода в водном объекте, развитию анаэробных процессов и заболачиванию водоема.

Загрязнение ионами тяжелых металлов происходит в результате сброса сточных вод предприятий черной и цветной металлургии. Ионы тяжелых металлов оказывают токсический эффект, нарушают жизнедеятельность водных организмов и человека, включаются в пищевые цепочки.

Бактериальное и биологическое загрязнение происходит при сбросе неочищенных хозяйственно-бытовых сточных вод или стоков предприятий пищевой промышленности и животноводческих ферм. Этот вид загрязнений связан с поступлением в водный объект патогенных организмов, водорослей и грибов.

Механическое загрязнение вызвано сбросом неочищен-

ных сточных вод и характеризуется повышенным содержанием механических примесей (ветки, мусор, песок, шлам и т.п.), которые значительно ухудшают органолептические свойства воды.

45

Радиоактивное загрязнение происходит в результате сброса радиоактивных сточных вод и отходов, при взаимодействии подземных вод с радиоактивными горными породами. Радиоактивное загрязнение морей происходит в результате разрушения целостности емкостей с захороненными радиоактивными отходами. Поступление этих веществ даже в очень малых концентрациях опасны ввиду длительного периода полураспада и включения их в пищевые цепи.

Тепловое загрязнение возникает в результате сброса в водоем подогретых вод. Повышение температуры воды приводит к изменению газового и химического состава вод водоемов, размножению анаэробных микроорганизмов и выделению токсичных газов (сероводород и метан). Данные процессы сопровождаются массовым развитием сине-зеле- ных водорослей, «цветением» воды, снижением количества кислорода в воде и гибелью водной флоры и фауны.

Гидроэнергетика считается чистым производством с точки зрения поступления загрязняющих веществ. Но для создания водохранилищ затапливаются большие территории, что сопровождается разрушением наземных экосистем. Плотины водохранилищ являются непреодолимой преградой для прохода рыб к местам нереста. Неблагоприятное влияние на воспроизводство популяций рыб оказывает изменение уровня воды в водохранилищах. Большая акватория водохранилища способствует локальному изменению климата в результате испарения воды. Учащаются такие явления, как туманы, снижение прозрачности воздуха, изменение ветрового и температурного режимов. В условиях водохранилища водообмен существенно снижен и загрязнения, поступающие со стоком с прилегающей территории, подвержены меньшему разбавлению. Это приводит к снижению интенсивности процессов естественного самоочищения и накоплению загрязняющих веществ в акватории водохранилища.

46

3.3. Основные источники загрязнения

Загрязнение гидросферы происходит при сбросе сточных, недостаточно очищенных сточных вод селитебных территорий и промышленных объектов. Особенностью селитебных территорий и промышленных объектов является их расположение по берегам водных объектов, что приводит к формированию локальных участков с высоким загрязнением и сниженной способностью к самоочищению. Воды рек неизбежно впадают в моря и транспортируют содержащиеся

вних загрязнения. Проблема загрязнения морей наиболее актуальна для так называемых «внутренних морей», например Балтийского, Черного, Средиземного. Сточные воды характеризуются содержанием широкого спектра органических и минеральных загрязняющих веществ. Использование большого количества моющих средств, сложной по составу бытовой химии приводит к изменению качества сточных вод и усложнению их состава. Поступающие со сточными водами

вводные объекты вещества в результате физико-химических превращений образуют продукты, обладающие более токсичными свойствами, чем первоначальные компоненты.

Сточными водами называются воды, сбрасываемые в установленном порядке в водные объекты после их использования или поступившие с прилегающей территории. Принято подразделять сточные воды по источнику их происхождения: хозяйственно-бытовые, производственные и поверхностные [11].

Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются в ре-

зультате хозяйственно-бытовой деятельности населения, на объектах социально-культурного назначения и в бытовых помещениях на промышленных предприятиях (санузлы, комнаты приемы пищи). Качественный состав хозяйственнобытовых сточных вод достаточно стабилен и характеризуется высоким содержанием биоразлагаемой органики.

47

Производственные (промышленные) сточные воды об-

разуются в результате производственной деятельности на промышленных предприятиях. Качественный состав производственных сточных вод определяется видом деятельности и существенно отличается у предприятий различных отраслей. Производственные сточные воды подразделяют: по видам загрязнений (минеральные, органические, смешанные); концентрации загрязняющих веществ; кислотности (слабоагрессивные, неагрессивные, сильноагрессивные) и действию на водные объекты (токсическое, изменение органолептических свойств, изменение общесанитарного состояния).

Поверхностные сточные воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков (дождь, снег, град), мытья дорожных покрытий и характеризуются загрязнением нефтепродуктами и механическими примесями.

Нормами проектирования систем водоотведения установлено требование к раздельному сбору и очистке различных видов сточных вод как для промышленных предприятий, так и для населенных пунктов. На предприятиях данные требования по большей части соблюдаются. Для населенных пунктов более характерна ситуация, когда происходит смешение различных видов сточных вод, их совместная транспортировка и очистка. Смешанные сточные воды называются

городскими сточными водами.

Чаще всего загрязнение объектов гидросферы трудно заметить визуально, так как многие загрязняющие вещества находятся в растворенном состоянии. Но загрязнения некоторыми веществами имеют характерные признаки. Наличие пены свидетельствует о загрязнении синтетическими поверх- ностно-активными веществами (СПАВы). Загрязнение нефтепродуктами проявляется в виде радужной пленки на поверхности воды. Большое количество нерастворимых примесей приводит к снижению прозрачности воды. «Цветение» воды происходит в результаты поступления большого коли-

48

чества соединений азота и фосфора. Признаком загрязнения воды может служить гибель представителей водной флоры

ифауны.

3.4.Основные показатели загрязненности водных объектов

Для установления факта загрязнения водного объекта необходимо выполнение санитарно-химического анализа качества воды по ряду показателей [14].

Температура воды имеет важное значение в качестве одного из экологических факторов, определяющих экологическую нишу водных обитателей. Температура воды влияет на растворимость кислорода в воде и скорость биохимических процессов самоочищения водоема.

Окраска и запах воды – органолептические показатели (определяемые органами чувств человека), характеризующие загрязнения в воде, привносимые сточными водами.

Концентрация ионов водорода выражается величиной рН – показателя, влияющего на скорость биохимических процессов.

Сухой остаток характеризует общее содержание в воде растворенных минеральных примесей и органических веществ, температура которых превышает 105–110 °С.

Окисляемость характеризует общее содержание в воде органических и неорганических восстановителей. В городских сточных водах присутствуют в большей степени органические восстановители. В зависимости от природы окислителя можно выделить химическую (подразделяемую по виду окислителя на перманганатную, бихроматную и йодатную) и биохимическую окисляемость (окисление аэробными бактериями).

Биологическое потребление кислорода (БПК) – кисло-

родный эквивалент степени загрязненности сточных вод биохимически окисляемыми органическими веществами, т.е.

49

та часть органического загрязнения, которая может быть доступна для окисления микроорганизмами.

Химическое потребление кислорода (ХПК) – кислород-

ный эквивалент степени загрязненности сточных вод органическими веществами, окисляемыми химическими окислителями.

Азот в сточных водах находится в органических и неорганических соединениях. В хозяйственно-бытовых сточных водах источником органического азота (преимущественно белков) являются физиологические выделения человека. Аммонификация белков приводит к их восстановлению до аммония с последующим окислением до нитритов и нитратов.

Источником фосфора в сточных водах также являются физиологические выделения человека, а также широкий спектр моющих средств и некоторые производственные процессы.

В составе санитарно-бактериологических показателей определяют: общее число аэробных сапрофитов (микробное число), бактерий группы кишечной палочки и яйца гельминтов.

Контрольные вопросы

1.Какие существуют виды антропогенных воздействий на гидросферу?

2.Что понимается под истощением вод? Для каких регионов страны это наиболее характерно?

3.Какие виды загрязнений вод вы знаете?

4.Что такое эфтрофикация водоема?

5.Перечислите основные показатели, по которым оценивают свойства и состав сточных вод.

6.Какие вещества влияют на общее солесодержание

вод?

50