2. Источники загрязнения поверхностных вод

На протяжении тысячелетий люди использовали воду рек, озер и морей для питьевых и хозяйственных целей, для сброса в них загрязненных сточных вод. И до определенного времени (до начала XX века) это не вызывало особого беспокойства. Срабатывал механизм естественного самоочищения водоемов. Однако сейчас многие водоемы перестали справляться с поступающими массами химических веществ, в том числе и загрязняющих. Рост городов и населения, бурное развитие промышленности, энергетики, водного транспорта, добыча полезных ископаемых, рост орошаемого земледелия, водные рекреации привели к серьезному загрязнению вод. В настоящее время резко ухудшилось качество воды не только малых рек и озер, но и более крупных водоемов и водотоков.

В результате хозяйственной деятельности в водные объекты поступает широкий комплекс загрязняющих веществ органического и неорганического происхождения (Никаноров и др., 2012). Чаще всего происходит сброс недостаточно очищенных промышленных и коммунально-бытовых стоков, что и является основной причиной их загрязнения. В районах с развитым сельскохозяйственным производством в водоемы и водотоки вместе с продуктами эрозии почв попадают нитраты, нитриты и другие минеральные удобрения, пестициды, отходы животноводческих ферм. Загрязнение атмосферы также влияет на качество воды рек и озер, поскольку все химические вещества, выбрасываемые транспортом и предприятиями в атмосферу, осаждаются на почвенном покрове, смываются с водосборных территорий в реки и озера, выпадают с дождевыми и талыми водами в водоемы.

Основные источники антропогенного загрязнения гидросферы в целом представлены на следующей схеме (рис. 1).

Водные ресурсы на территории России распределены по регионам крайне неравномерно, и проблема чистой воды стоит очень остро. Речной сток является основой водных ресурсов в нашей стране, преобладающая часть его – 90 % – приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов.

Рис. 1. Источники антропогенного загрязнения гидросферы (http://rudocs.exdat.com/docs/index-224567.html)

На большей части водных объектов, по данным наблюдений Росгидромета, качество воды не отвечает нормативным требованиям. Вода основных крупнейших рек: Волги, Дона, Кубани, Оби, Енисея, Лены, Печоры – оценивается как «загрязненная», их крупных притоков: Оки, Камы, Иртыша, Тобола, Томи, Туры, Миасса, Исети и других как «очень загрязненная» (Никаноров и др., 2012).

Основные источники поступления загрязняющих веществ в водные объекты

Главным источником поступления в природные воды загрязняющих веществ как в РФ, так и в других странах является промышленность, отрасли которой могут быть ранжированы по количеству сбрасываемых сточных вод и степени их загрязнения в следующий ряд (Никаноров, 2008):

целлюлозно-бумажная > химическая > цветная металлургия > черная металлургия > угольная > машиностроение > нефтедобывающая > нефтехимическая > электроэнергетика

Химический состав сбрасываемых промышленных сточных вод и их количество (объем) зависят, в первую очередь, от мощности конкретного производства, специфики технологических циклов и степени очистки сточных вод.

Следующим по значимости источником загрязнения природных вод (поверхностных и подземных) являются сточные воды с сельскохозяйственных территорий. Наибольший вклад в загрязнение вносят коллекторные и дренажные воды орошаемых земель. Поскольку сток с сельскохозяйственных территорий может быть поверхностным и почвенным, то загрязнению подвержены и грунтовые воды речных бассейнов. Со сточными водами сельскохозяйственных территорий, коллекторными и дренажными водами в водоемы и водотоки поступают нитраты, нитриты и другие минеральные и органические вещества, а также пестициды. Загрязнение водного объекта, вызывая изменения состава и свойств воды, приводит к нарушению экологического баланса системы, изменению состояния флоры и фауны. Поверхностный сток с территорий животноводческих ферм может являться источником биологического загрязнения поверхностных вод (Никаноров, 2008).

При распашке почв в пределах сельскохозяйственных угодий происходит увеличение эрозии почв и далее при орошении это способствует выносу значительного количества минеральных и взвешенных веществ. Происходит усиленная водная миграция веществ, что приводит не только к загрязнению поверхностных вод, но и к усилению процессов эвтрофирования водных объектов. Значительную долю в загрязнение водных объектов вносят стоки животноводческих комплексов (бактериальное загрязнение).

Существенным источником загрязнения водоемов и водотоков являются хозяйственно-бытовые (в том числе фекальные) сточные воды, спускаемые через канализационную сеть. Бытовые сточные воды насыщены бактериальной флорой, значительную долю которой составляют болезнетворные формы.

Влияние на качество поверхностных вод оказывают и такие глобальные процессы, так воздушный перенос и загрязнение воздушного бассейна. Из воздуха в гидросферу поступают минеральные, органические и взвешенные вещества, оксиды азота, серы, углерода, некоторые тяжелые металлы и другие вещества. Особенно сильно загрязнен воздух в крупных городах, где основным источником загрязнения является автомобильный транспорт. В автомобильном топливе содержатся соединения свинца (тетраэтилсвинец), которые попадают в воздух, а затем и в водные объекты (Никаноров, 2008).

Значительное загрязнение водоемов вызывают кислотные дожди, образующиеся в результате соединения в атмосфере диоксида серы с парами воды. По некоторым данным (Израэль, 1979), ущерб от закисления почв в северо-западной части территории СНГ (в том числе за счет трансграничного переноса) достигал 100 млн руб./год, для раскисления почв здесь вносилось до 1,5 млн т извести.

На гидрохимический и гидробиологический режим водных объектов в значительной мере влияют тепловые и атомные электростанции, происходит увеличение температуры воды водоема или водотока за счет поступления в них подогретых сточных вод промышленных предприятий, ТЭС или АЭС. Такое загрязнение природных вод называют тепловым.

В первую очередь тепловое загрязнение нарушает гидролого-экологическое состояние водной экосистемы. Сброс подогретых вод предприятий в водный объект изменяет тепловой баланс и нарушает основные химико-биологические процессы в экосистеме. Б?льшая часть природной воды, забираемой из водного объекта, используется на ТЭС для охлаждения различных агрегатов, при этом она нагревается на 8–10 °С. После использования в технологической цепи вода хоть и возвращается в водный объект практически с тем же химическим составом, но со значительным снижением содержания растворенного в ней кислорода. Это в свою очередь приводит к изменению скоростей продукционно-деструкционных процессов, нарушению режима биогенных элементов (изменяется соотношение концентраций N- и P-содержащих соединений). Эти нарушения влекут за собой усиление развития процессов антропогенного эвтрофирования водной экосистемы (Никаноров, 2008).

Изменение температурного режима водного объекта способствует трансформации экосистемы в целом. При повышении температуры воды (являющейся средой обитания биоты) в экосистеме активизируются различные биохимические процессы, начинает усиливаться выработка первичной продукции и, как следствие, возрастает интенсивность фотосинтеза, бурно развиваются планктонные сообщества, увеличивается общая масса органического вещества. А при сильном тепловом загрязнении может проявляться одна из основных опасностей «теплых вод» – это усиление токсичного действия загрязняющих веществ и их метаболитов. В экосистеме быстрее происходит накопление токсичных металлов (Pb, Hg, Cd, Zn, Ni и др.) конечных звеньях трофических цепей (Никаноров и др., 2000). Таким образом, нарушаются естественные гидрохимические и биологические процессы, усиливается эвтрофирование водоемов и биотический круговорот веществ в них изменяется.

В нашей стране установлены предельные нормы повышения температуры водоемов в результате сброса теплых вод. Особенно это важно для водоемов рыбохозяйственного назначения. Эта температура не должна повышаться по сравнению с естественной температурой воды более чем на 5 °С, с общим повышением температуры не более чем до 20 °С летом и 5 °С зимой для водных объектов, где обитают холодолюбивые рыбы (лососевые и сиговые), и не более, чем до 28 °С летом и 8 °С зимой в остальных случаях (Методические указания … 2009).

Кроме названных основных источников поступления загрязняющих веществ в водные объекты, следует указать такие, как городские ливневые стоки, лесосплав, утечки и потери нефтепродуктов и химикатов при транспортировке, шахтные и рудничные воды и др.

Особо следует выделить радиоактивное загрязнение водных объектов. Радиоактивное загрязнение возникает вследствие внутриядерных процессов, оно не зависит от природных физикохимических условий и пока не устраняется на очистных сооружениях. Радиоактивное загрязнение может быть обусловлено поступлением в водную среду радиоактивных изотопов естественного или искусственного происхождения. Для водных экосистем наибольшую опасность представляют остатки деления тяжелых ядер, образующиеся при цепных реакциях в атомных реакторах или при ядерных взрывах. При расщеплении тяжелых ядер (²³⁵U, ²³³U, ²³⁹Pu и др.) образуется до 200 изотопов различных радиоактивных и нерадиоактивных элементов. Наиболее опасными являются долгоживущие изотопы, такие как ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs с периодами полураспада соответственно 29 лет и 33 года (Никаноров, 2008).

Радиоактивные элементы имеют способность адсорбироваться находящимися в воде взвешенными веществами, которые, оседая, вызывают радиоактивное загрязнение донных отложений.

Источниками радиоактивного загрязнения поверхностных вод естественными радионуклидами являются также отвалы горных пород на горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях. Причем радиоэкологическую опасность представляют не только предприятия по добыче и переработке радиоактивных материалов, но и предприятия добычи неурановых руд и ТЭС, работающие на угле. Уровни дозовых нагрузок от этих станций могут в десятки раз превышать уровни, создаваемые атомными станциями при их нормальной эксплуатации. Активность радионуклидных выбросов крупных электростанций, работающих на угле, составляет от 8 до 20 Кюри в сутки (http://ru-ecology.info/term/54799/).

Радиоактивное загрязнение воды весьма опасно даже при очень малых концентрациях радиоактивных веществ. Наиболее вредные «долгоживущие» и подвижные в воде радиоактивные элементы (⁹⁰Sr, U, ²²⁶Ra, Cs и др.) могут попадать в поверхностные водоемы при сбрасывании радиоактивных отходов в атмосферу, а в подземные воды – в результате просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами или в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами (Коробкин, Передельский, 2002).