Экологическая опасность сточных вод пищевой промышленности

Среди загрязнений, сбрасываемых в поверхностные воды, значительное место занимают соединения, приводящие к возникновению в воде неприятного  запаха и вкуса, что особенно недопустимо  в случаях, когда вода предназначается для хозяйственных нужд и нужд пищевых производств. Присутствие некоторых минеральных веществ, например, соединений железа, даже в ничтожных концентрациях значительно ухудшает вкус воды. Неприятный запах и вкус придают воде сероводород, который образуется в анаэробных условиях в результате биологических процессов восстановления сернистых соединений, и хлорфенол, который образуется при хлорировании воды, содержащей фенол.[10]

1.2.1 Влияние органических загрязнений на состояние водоемов

В состав органических загрязнителей  входят главным образом углерод, водород, кислород и азот. Окисление  этих элементов обуславливают многие неблагоприятные ситуации, создающиеся  в загрязненных реках и озерах.

При попадании органических веществ со сточными водами концентрация растворенного кислорода уменьшается. Это вызвано окислением органических веществ бактериями или простейшими. Естественное перемешивание воды с воздухом в принципе способно возместить удаленный кислород, однако это происходит не сразу. Поначалу возникает конкуренция между факторами, способствующими обеднению воды кислородом и факторов, восстанавливающими содержание кислорода в воде.

В потоке выделяются четыре основные зоны:

1. зона чистой воды (высокий уровень растворенного кислорода) выше места сброса сточных вод;
2. зона ухудшения качества воды (уровень растворенного кислорода падает);
3. зона ущерба (относительно постоянный и очень низкий уровень растворенного кислорода);
4. зона восстановления (повышение уровня растворенного кислорода).

Зона чистой воды. Эта  зона находится вверх по течению  от источника сброса сточных вод; здесь в чистой воде обитают рыбы, моллюски, личинки поденок и ручейников и многие другие виды. Чтобы выжить, этим животным требуется растворенный в воде кислород. Если концентрация кислорода в воде снижается, то эти чувствительные к кислороду виды исчезают первыми. К ним относятся форель, окунь, лосось, минога.

Зона ухудшения качества воды. Эта зона находится ниже по течению от места сброса в реку органических отходов. Виды, которые способны выживать при несколько пониженных уровнях растворенного кислорода, называются умеренно толерантными. К этим видам относятся: мокрица, бокоплав, моллюск, прудовик, пиявка и некоторые виды водорослей и простейших.

Зона ущерба. Эта зона, следующая за зоной ухудшения качества воды, характеризуется тем, что растворенный в воде кислород практически отсутствует. При крайне низкой концентрации кислорода в воде способны выживать лишь немногие виды, а многочисленные виды, которые характерны для чистой воды, полностью исчезают. Их замещает группа организмов, называемых толерантными вследствие их способности обитать в условиях крайне низкого содержания кислорода. Один из таких организмов - трубочник, питающийся различными остатками и способный существовать при содержании кислорода в воде всего 0,5 мг/л. Другой обитатель загрязненного донного ила – личинка – крыска. Эта личинка дышит при помощи длинной дыхательной трубки, достигающей поверхности воды. Их может быть так много, что они покрывают сплошным колеблющимся красным ковром все дно ручья или речки. Еще один обитатель этой зоны - красная личинка комара- дергуна, или «мотыль». Как и трубочник, она питается донным илом.

В зоне чистой воды многие виды сосуществуют в тесном соседстве  друг с другом, причем каждый вид представлен умеренным числом особей. В зоне ущерба обитает очень небольшое число видов, но численность их может быть колоссальной. Если в зоне ущерба не удается обнаружить большого количества организмов, устойчивых к загрязнениям, то весьма вероятно, что какие-либо ядовитые химические отходы препятствуют увеличению их числа.

Зона восстановления. За зоной ущерба следует зона восстановления. Здесь воды становится чище и пропускает солнечный свет. В результате этого  содержание кислорода воде увеличивается до более приемлемых значений. С осветлением воды и восстановлением количества кислорода в воде начинают появляться водоросли. Их присутствие может привести к колебаниям содержания кислорода в воде. В дневные часы водоросли выделяют кислород как побочный продукт фотосинтеза. Однако ночью дыхание водорослей и их разложение приводит к вторичному уменьшению концентрации кислорода. Эти вызванные наличием водорослей колебания содержания кислорода в воде могут привести к тому, что типичное водное сообщество, организмы которого требуют для своего существования кислорода, уже не восстановятся. Ниже зоны восстановления могут снова появиться виды, характерные для зоны чистой воды. Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей.[11]

1.2.2 Влияние неорганических соединений на состояние водоемов

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения меди, цинка, кадмия, меди, фтора, хлора, ртути, свинца, цианида, роданида. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен на рисунке 1

Рисунок 1 – Токсический эффект наиболее распространенных загрязнителей

Степень токсичности:

0 - отсутствует;

1 - очень слабая;

2 - слабая;

3 - сильная;

4 - очень сильная.

Загрязнения не обязательно должны быть токсичными, чтобы вызвать гибель водных организмов и ли снизить качество воды. Примерами таких загрязнений могут служить фосфаты и нитраты.

Углерод, кислород, водород, азот в  форме нитратов, фосфор в виде фосфатов относятся к элементам питания, т.е. это «пища», необходимая для  роста и развития растений. В небольших  количествах им требуются даже другие элементы, в частности железо, медь и кальций.

Озера с большим количеством  этих необходимых растениям элементов называют эвтрофными.[11]

Эвтрофикацией называется процесс  ухудшения качества воды из-за избыточного  поступления в водоем так называемых «биогенных элементов», в первую очередь соединений азота и фосфора. Эвтрофикация — нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна. Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности. Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий.

1. Повышение содержания биогенных  элементов в верхних горизонтах  воды вызывает бурное развитие  растений в этой зоне (в первую  очередь фитопланктона, а также  водорослей-обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды редко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, которым эти растения создают места обитания или для которых они являются вышерасположенным звеном пищевой цепи.

2. Сильно размножившиеся в верхних  горизонтах воды растения (особенно  водоросли) имеют намного большую суммарную поверхность тела и биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или  поздно опускаются на дно водоема,  где происходит их разложение. Однако донная растительность из-за эвтрофикации погибает, и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается, между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно расходуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донной и придонной фауны. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, практически полностью разрушая или очень сильно трансформируя его экосистемы, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.[17]

1.2.3 Последствия теплового загрязнения естественных водоёмов

Повышение температуры в водоёмах пагубно влияет на жизнь водных организмов. В течение длительной эволюции холоднокровные обитатели водной среды приспособились к определённому интервалу температур. Для каждого вида существует температурный оптимум, который на определённых стадиях жизненного цикла может несколько изменяться. В определённых пределах эти организмы способны приспосабливаться к жизни при более высоких или более низких температурах. Если организм живет в условиях самых высоких температур присущего ему интервала, он настолько к ним приспосабливается, что гибель его может наступать при температурах несколько более высоких, чем для организма, постоянно живущего в условиях более низких температур. Большая часть водных организмов быстрее приспосабливается к жизни в более тёплой воде, нежели в более холодной. Однако эта способность к адаптации не имеет абсолютных максимальных или минимальных пределов и меняется в зависимости от вида.

В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают.

Тепловой шок - это крайний результат теплового загрязнения.

Результатом сброса в водоёмы нагретых стоков могут быть иные, более коварные последствия. Одним из них является влияние на процессы обмена веществ. Согласно закону Ван Гоффа, скорость химической реакции удваивается с увеличением температуры на каждые 10єС. Поскольку температура тела холоднокровных организмов регулируется температурой окружающей водной среды, повышение температуры воды усиливает скорость обмена веществ у рыб и водных беспозвоночных. В свою очередь это повышает их потребность в кислороде. В то же самое в результате повышения температуры воды содержание в ней кислорода падает, тогда как потребность в нём живых организмов возрастает. Возросшая потребность в кислороде, его нехватка вызывают жестокий физиологический стресс и даже смерть. В летнее время повышение температуры воды всего на несколько градусов может вызвать 100%- ную гибель рыб и беспозвоночных, особенно тех, которые обитают у южных границ температурного интервала.

Искусственное подогревание воды может  существенно изменить и поведение рыб - вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию. Если разрушающая сила электростанций превышает способность видов к самовосстановлению, популяция приходит в упадок.

Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются.

Если тепловое загрязнение усугубляется поступлением в водоём органических и минеральных веществ, происходит процесс эвтрофикации, то есть резкого повышения продуктивности водоёма. Азот и фосфор, служа питанием для водорослей, в том числе микроскопических, позволяет последним резко усилить свой рост. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего идёт процесс их массового отмирания и гниения, сопровождающийся ускоренным потреблением кислорода, вплоть до полного его исчерпания. А в этом случае, как уже говорилось, вся экосистема может погибнуть.

Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека. Ущербы, образовавшиеся в результате теплового загрязнения, можно разделить на: экономические (потери вследствие снижения продуктивности водоёмов, затраты на ликвидацию последствий от загрязнения); социальные (эстетический ущерб от деградации ландшафтов); экологические (необратимые разрушения уникальных экосистем, исчезновение видов, генетический ущерб).[16]