Методы очистки водных ресурсов

1.3.3. Проблемы Азовского моря

 

Это мелководное море со средней глубиной 8 м и наибольшей 14 м. Площадь моря 38 тыс. км². Его объем, равный 300 км3, соответствует речному стоку в море всего лишь за 8 лет. Этот показатель столь быстрого водообмена указывает на значительную роль водосбора в геоэкологическом состоянии моря. При малой антропогенной нагрузке это было море с наивысшей биологической продуктивностью вследствие значительного выноса биогенов с водосбора и поэтому интенсивного синтеза в море первичного органического вещества. Однако к 1990-м годам в бассейне Азовского моря производилось 17% промышленной и 22% сельскохозяйственной продукции бывшего СССР с соответствующим влиянием на водоем. Были сооружены водохранилища на основных реках, Дону и Кубани. Антропогенная нагрузка на море оказалась весьма высокой, что привело к его значительной трансформации.

В недавнем прошлом Азовское море по уловам рыбы на единицу площади занимало первое место в мире среди морских водоемов. Его высокая рыбопродуктивность определялась масштабами воспроизводства рыбных запасов, обилием нерестилищ (на 10 км2 акватории было 1,3 км нерестилищ), низкой соленостью (10,5%), большим притоком чистой пресной воды (41-59 км² в год), высокой трофностыо мелководий.

По мере развития экономической деятельности в бассейне моря увеличились безвозвратные заборы воды, преимущественно на орошение. В Азовское море стало поступать большее количество черноморской воды. Это привело к увеличению солености, что для Азова вызывает особенно быстрые и глубокие деформации биотических и абиотических компонентов экосистемы моря.

В море с речным стоком начали поступать в больших количествах соли тяжелых металлов, остатки пестицидов, органические вещества, нефтепродукты и др. С другой стороны, приток биогенов сократился вследствие перехвата этих элементов, особенно фосфора, водохранилищами. Экологическая система моря оказалась в условиях сильнейшего антропогенного стресса. Биологическая продуктивность сократилась почти в 2 раза. Улов рыбы в 1976-1984 гг. был в 2—3 раза меньше, чем в 1936 г. Добыча проходных рыб сократилась за то же время в 5-15 раз, в том числе осетровых в 4-9 раз.

 

 

 

ГЛАВА 2. Основные загрязнители вод Мирового океана

 

2.1.Нефть и нефтепродукты

 

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуорисценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

1. Парафины (алкены). (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.
2. Циклопарафины. ( 30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.
3. Ароматические углеводороды. . (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца ( бензол, толуол, ксилол) , затем бициклические ( нафталин) , полуциклические ( пирен).
4. Олефины (алкены). . - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан ежегодно поступало около 16 млн. т. нефти, что составляло 0, 23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, - все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. В период за 1962-79 годы в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. т. нефти. За  последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн. т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн. т. /год . Со стоками промышленности ежегодно попадает 0, 5 млн. т. нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину:

 

Внешний вид	Толщина, мкм	Количество нефти, л./кв. км.
Едва заметна	0.038	44
Серебристый отблеск	0.76	88
Следы окраски	0.152	176
Ярко окрашенные разводы	0.303	352
Тускло окрашенные	1.016	1170
Темно окрашенные	2.032	2310

 

Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 11-10% (280 нм), 60-70% (400нм). Пленка толщиной 30-40 мкм 0полностью полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую "нефть в воде" и обратную "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

 

2.2. Пестициды

 

Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы:

1. инсектициды для борьбы с вредными насекомыми,
2. фунгициды и бактерициды -  для борьбы с бактериальными болезнями растений,
3. гербициды против сорных растений.

Установлено, что пестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В настоящее время более 5 млн. т. пестицидов поступает на мировой рынок. Около 1, 5 млн. т. этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем золовым и водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгецидов и гербицидов. Синтезированные инсектициды делятся на три основных группы: хлорорганические, фосфорорганические и карбонаты.

Хлорорганические инсектициды получают путем хлорирования ароматических и гетероциклических жидких углеводородов. К ним относятся ДДТ и его производные, в молекулах которых устойчивость алифатических и ароматических групп в совместном присутствии возрастает, всевозможные хлорированные производные хлородиена (элдрин). Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации. В водной среде часто встречаются полихлорбифенилы - производные ДДТ без алифатической части, насчитывающие 210 гомологов и изомеров. За последние 40 0лет использовано более 1, 2 млн. т. полихлорбифенилов в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсаторов. Полихлорбифенилы ( ПХБ) попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжигания твердых отходах на свалках. Последний источник поставляет ПБХ в атмосферу, откуда они с атмосферными осадками выпадают во все районах земного шара. Так в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПБХ составило  0, 03 - 1, 2 кг. /л.

 

2.3. Тяжелые металлы.

 

 Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк, ) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3, 5 тыс. т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 121тыс. т. 0ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла ( 910 тыс. т. /год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метил-ртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 0жертв болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив Минамата. Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает ( 20-30)*10^3 т. свинца в год.

 

2.4. Тепловое загрязнение.

 

 Тепловое загрязнение поверхности  водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв. км. Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностным и донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей. На основании обобщения материала можно сделать вывод , что эффекты антропогенного воздействия на водную среду проявляются на индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, и длительное действие загрязняющих веществ приводит к упрощению экосистемы.

 

2.5. Неорганическое загрязнение.

Основными неорганическими  (минеральными)   загрязнителями  пресных и  морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды.  Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном,  а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический  эффект  некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен     в таблице 3:

Таблица3

Вещество	Планктон	Ракообразные	Моллюски	Рыбы
1. Медь	+++	+++	+++	+++
2. Цинк	+	++	++	++
3. Свинец	-	+	+	+++
4. Ртуть	++++	+++	+++	+++
5. Кадмий	-	++	++	++++
6. Хлор	-	+++	++	+++
7. Роданид	-	++	+	++++
8. Цианид	-	+++	++	++++
9. Фтор	-	-	+	++
10. Сульфид	-	++	+	+++

 

Степень токсичности (примечание):

-      - отсутствует

+      - очень слабая

++     - слабая

+++    - сильная

++++   - очень сильная

 

Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных  стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять рН водной среды до значений   5,0  или выше 8,0 ,  тогда как рыба в пресной  и  морской  воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5. Среди основных источников  загрязнения  гидросферы  минеральными веществами   и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых  земель ежегодно вымывается около 6 млн.т. солей. К 2000 году  возможно увеличение   их массы до 12 млн.т./год. Отходы, содержащие ртуть,  свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем,  подавляя  развитие фитопланктона. Отходы,  содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек.  Дальнейшая ее   миграция сопровождается  накоплением  метиловой  ртути  и  ее   включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность  приобрела болезнь Минамата,  впервые обнаруженную японскими учеными у людей,  употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки   с техногенной ртутью.

 

2.6. Органическое загрязнение.

 

 Среди вносимых в океан  с суши растворимых веществ, большое  значение для обитателей водной  среды имеют  не  только  минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан  органического вещества  оценивается  в  300  -  380 млн.т./год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество,  пагубно влияют на состояние водоемов.  Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества,  такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке.  Наличие суспензий  затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза.  Одним из основных санитарных требований,  предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества  кислорода.  Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно активные вещества - жиры,  масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой,  что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем  органических  веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе  с промышленными и бытовыми  стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена ниже: