Экологическая проблема водных ресурсов – загрязнение вод мирового океана

Нефть и нефтепродукты  обладают малым, по сравнению с водой, поверхностным натяжением, поэтому при барботировании воздуха через воду не нужно использовать пенообразователи. В этом случае нефть и нефтепродукты будут адсорбироваться на разделе фаз "газ жидкость", суммарная площадь поверхности воздушных пузырьков зависит от их диаметра и может быть достаточно велика. Учитывая все это, авторами статьи разработано механическое плавающее перемещаемое устройство, на котором осуществляются все эти три физико-химических процесса (флотация, адгезия и адсорбция). Преимущество этого предлагаемого устройства перед существующими заключается в следующем:

1) нефть и нефтепродукты извлекаются  не только с поверхности воды, но и из поверхностного слоя воды, определяемым конструкцией аппарата;

2) поверхностный слой воды очищается  не только от жидких, но и  от твердых частиц;

3) одновременное осуществление  всех этих трех физико-химических  процессов обуславливает большую эффективность процесса очистки данной акватории от нефти и нефтепродуктов.

2. Другие загрязнения.

Пестициды.

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

 инсектициды для  борьбы с вредными насекомыми,

 фунгициды и бактерициды  -  для борьбы с бактериальными  болезнями растений,

 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, фунгицидов 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.

Синтетические поверхностно-активные вещества.

Детергенты (СПАВ) относятся  к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскую среду. СМС содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия. В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионактивные вещества. На их долю приходится более 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов.

Соединения с канцерогенными свойствами.

Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организмах. В зависимости от условий воздействия они могут приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). . Максимальное количество ПАУ в современных данных осадках Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества) обнаружено в тентонически активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

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. Свиний - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свиний 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.

Сброс отходов в  море с целю захоронения (дампинг).

Многие страны, имеющие  выход к морю, производят морское  захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов.   Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. Основанием для дампинга в море служит возможность морской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг рассматривается как вынужденная мера, временная дань общества несовершенству технологии. В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем содержит ( на массу сухого вещества) 32-40% органических веществ; 0,56% азота; 0,44% фосфора; 0,155% цинка; 0, 085% свинца; 0,001% ртути; 0, 001% кадмия. Во время сброса прохождении материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ чисто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и не едко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода. Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др. В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух - вода. Загрязняющие вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробионтов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов дампинга на дно и длительная повышенная мутность приданной воды приводит к гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко изменяется видовой состав данного сообщества. При организации системы контроля за сбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга, определение динамики загрязнения морской воды и донных отложений. Для выявления возможных объемов сброса в море необходимо проводить расчеты всех загрязняющих веществ в составе материального сброса.  

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.

3. Самоочищение морей и океанов.

Самоочищение морей  и океанов - сложный процесс, при котором происходит разрушение компонентов загрязнения и включения их в общий круговорот веществ. Способность моря перерабатывать углеводороды и другие виды загрязнения небезгранична. В настоящее время многие акватории уже утратили способность к самоочищению. Некоторые заливы и бухты нефть, в больших количествах скопившаяся в донных отложениях, превратила практически в мертвые зоны.

Существует прямая зависимость  между численностью нефтеокисляющих  микроорганизмов и интенсивностью нефтяного загрязнения морской воды. Самое большое число микроорганизмов выделялось в районах нефтяного загрязнения, при этом количество бактерий, растущих на нефти, доходит до миллиона на 1 л. Морской воды.

Наряду с численностью микроорганизмов в местах постоянного нефтяного загрязнения растет и видовое разнообразие. Это, по всей видимости, можно объяснить большой сложностью химического состава нефти, различные компоненты которой могут потребляться только определенными видами микроорганизмов. Связь между численностью и видовым разнообразием микроорганизмов, с одной стороны, и интенсивностью нефтяного загрязнения, с другой - дает основания рассматривать нефтеокисляющие микроорганизмы как индикаторы нефтяного загрязнения.

Микроорганизмы моря функционируют в составе сложного микробиоценоза, который реагирует на чужеродные вещества как на единое целое. Не многие виды организмов способны полностью разложить нефть. Такие формы выделяются из воды редко, и процесс деградации нефти не бывает интенсивным. Смешанное бактериальное «население» более эффективно разрушает нефть и отдельные углеводороды.

К морским организмам, которые участвуют в процессах  самоочищения, относятся моллюски. Различают два группы моллюсков. В первую входят мидии, устрицы, гребешок и некоторые другие. Их ротовое отверстие состоит из двух трубочек (сифонов). Через один сифон всасывается морская вода со всеми взвешенными в ней частицами, которые оседают в специальном аппарате моллюска, а через другой очищенная морская вода поступает обратно в море. Все съедобные частицы частицы усваиваются, а непереваренные крупными комочками выбрасываются наружу. Плотное население мидий на площади 1 кв. м. Фильтрует за сутки до 200 м. куб. воды.

Мидии - один из самых  распространенных морских водных организмов. Крупный моллюск может пропустить через себя до 70 л. воды в сутки и таким образом очистить ее от возможных механических примесей и некоторых органических соединений.

Подсчитано, что только в северо-западной части черного  моря мидии профильтровывают за сутки  более 100 км куб воды. Подобно мидии, питаются и другие морские животные - мшанки, губки, асцидии.

У моллюсков второй группы раковина или закрученная, овально-кониеской  формы (рапаны, литорины), или напоминает колпачок (морское блюдечко). Ползая по камням, сваям, причалам, растениям, днищам судов, они ежедневно прочищают огромные заросшие поверхности.

Морские организмы (их поведение  и состояние) являются индикаторами нефтяных загрязнений, т.е. они как  бы осуществляют биологическое наблюдение за окружающей средой. Однако морские организмы не только пассивные регистраторы, но и непосредственные участники процесса естественного самоочищения среды. Известны около 70 родов микроорганизмов, включая бактерии, грибы, дрожжи, которые способны вступать в единоборство с нефтью. Им принадлежит важнейшая роль разложения нефти и углеводородов в море.

Не менее значительная роль микроорганизмов в борьбе с  пестицидами: накапливая в себе вредные продукты, бактерии сигнализируют о загрязнении морской среды. Вот почему так важно выяснить как можно больше таких организмов-индикаторов, получить предельно подробную информацию об их поведении в тех или иных условиях, об их состоянии в зависимости условий окружающей среды. Как выяснилось в последнее время, наиболее действенные в переработке пестицидов макрофиты - водоросли, растущие на небольших глубинах и у берега.

В Мировом океане биота  еще практически не нарушена: при  внешних воздействиях, выводящих  систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабевает.