Виды загрязнений. Вода – важнейший источник, необходимый для жизни на Земле. Ее принято называть возобновляемым природным ресурсом. Однако такое название все же весьма условное: загрязненная и нечистая вода не пригодна для питья и приготовления пищи и вредна для здоровья человека. Нормативные требования, предъявляемые к качеству и составу воды, зависят от целей и задач ее использования. Например, загрязненная вода, непригодная для питья, может применяться для промывки деталей на заводах, для охлаждения пара и горячей воды на тепловых и атомных электростанциях, для производства электроэнергии на гидроэлектростанциях. В чрезмерно загрязненной воде подавляется развитие экосистем, и в ней опасно купаться, но в водоеме с такой же по чистоте водой безопасно плавать на лодке.
В результате антропогенного воздействия на биосферу вода повсеместно загрязняется, причем загрязняется в планетарных масштабах, особенно в последние десятилетия. Например, в Черное море ежегодно сбрасывается свыше 5 млрд м3 сточных вод. В донных отложениях Балтийского моря обнаружены вредные соединения свинца, кадмия, ртути, кобальта, фосфора, серы и других веществ. Даже уникальное озеро Байкал, когда-то с чистой водой, подвергается необратимому антропогенному загрязнению. Многие малые и большие реки превращаются из живых экосистем в засоренные сточные канавы, в которых не происходит природный процесс самоочищения воды.
Загрязненная вода может проникать глубоко в землю и смешиваться с грунтовой водой (рис. 7.3). Она переносится реками и течениями океанов на большие расстояния не только внутри территории какой-то страны, но и далеко за ее пределами. Поэтому проблема защиты водных источников от различных загрязнений носит глобальный, международный характер.
В водные источники попадает множество загрязнителей, среди которых можно выделить следующие основные виды.
– Болезнетворные носители: бактерии, вирусы, простейшие и гельминты; значительная их часть размножается в канализационных сточных водах и отходах животноводства, не включенных в замкнутый процесс сельскохозяйственного производства с использованием органических удобрений. Употребление воды, загрязненной такими носителями, – одна из главных причин инфекционных заболеваний и высокой смертности населения развивающихся и бедных стран.
– Органические отходы, разложение которых происходит с участием бактерий, поглощающих кислород, что приводит к обеднению водной среды растворенным кислородом, необходимым для жизнедеятельности экосистем.
– Растворяемые в воде неорганические вещества: кислоты, соли, химические соединения токсичных металлов (свинца, ртути и др.). Вода с высокой концентрацией таких загрязняющих веществ непригодна для питья и приготовления пищи, наносит ущерб водным экосистемам, ускоряет коррозию металлов и существенно снижает урожайность культурных растений.
– Неорганические, растворимые в воде соединения нитратов и фосфатов. Они ускоряют рост растений и водорослей, которые, отмирая и разлагаясь, обедняют воду кислородом, что угнетающе действует на водные экосистемы. При употреблении питьевой воды, насыщенной нитратами и фосфатами, теряется способность кровеносной системы транспортировать кислород. Нитраты сточной воды могут просочиться через верхний слой земли и попасть в грунтовые воды. При разложении нитратов под действием бактерий образуются оксиды азота, которые в воздушной среде приводят к кислотным осадкам и усиливают парниковый эффект, приводящий к глобальному потеплению.
– Органические химические вещества: нефть, бензин, керосин, пластмассы, растворители, моющие средства и многие растворимые и нерастворимые вещества. В поверхностных и подземных источниках пресной воды в индустриальных странах обнаружено более 700 видов синтетических органических веществ. Загрязненная вода такими веществами наносит вред здоровью человека и всем экосистемам.
– Осадки и взвеси: нерастворимые в воде мелкие частицы почвы, ила и других неорганических и органических веществ. Они образуются при эрозии почвы, деградации пастбищ, сведении лесов, при строительстве магистралей, дорог и домов, при добыче полезных ископаемых. Попадая в ручьи и реки, такие взвешенные частицы переносят с собой пестициды, токсичные и вредные вещества. Они снижают прозрачность воды. В мутной воде замедляется фотосинтез водных растений, разрываются пищевые цепи водных экосистем и засоряются жабры рыб и фильтрующие органы моллюсков. Донные осадки рек, озер, водохранилищ, каналов и гавань нарушают естественные условия обитания многих видов водных живых организмов.
– Радиоактивные вещества, растворяемые в воде либо находящиеся вместе со взвешенными частицами, попадая в живые организмы и распространяясь в пищевых цепях, могут вызвать чрезмерное облучение и, как следствие, мутации и раковые заболевания.
– Тепловое загрязнение воды возникает при сбрасывании в реки и озера большого количества горячей и теплой воды из системы охлаждения тепловых и атомных электростанций. В нагретой воде снижается концентрация растворенного кислорода и ослабляется способность живых организмов защищаться от паразитов и болезней.
В зависимости от места нахождения и распространенности загрязнений можно условно выделить локальные (точечные) и распределенные (неточечные) источники загрязнений (рис. 7.4). Например, локальные источники сбрасывают сточную загрязненную воду по канавам и трубам канализации. К распределенным источникам загрязнения воды относятся пашни, животноводческие фермы, пригородные территории и сельские поселения. Распределенные источники загрязняют сравнительно большие площади, что вызывает затруднения при ликвидации таких загрязнений и их последствий.
Какими бы не были по характеру загрязнения воды, лучше и легче предпринять все меры, чтобы их предотвратить либо свести к минимуму.
Предотвращение загрязнений воды и ее очистка. Во всех реках, озерах, морях и океанах происходит естественный процесс восстановления и очистки воды: загрязняющие вещества растворяются, разлагаются на безопасные составляющие и включаются тем самым в природный круговорот веществ в биосфере. Такой процесс самовосстановления воды более активен в крупных реках с быстрым течением, чем в малых, неглубоких, равнинных реках со спокойным течением. Однако восстановление и очистка воды в любом водоеме нарушаются при чрезмерно большом ее загрязнении промышленными и бытовыми отходами, которые очень медленно либо совсем не разлагаются, не превращаясь в безопасные вещества.
Во многих развивающихся и бедных странах канализационная сточная вода чаще всего не очищается – загрязненная вода сбрасывается в реки и водоемы. В большинстве городов развитых стран сточная вода от промышленных предприятий и жилых домов вместе с дождевой водой по сливным трубам поступает на очистные станции (рис. 7.5).
В зависимости от требований, предъявляемых к очищенной воде, процесс очистки может включать до трех стадий – первичную, вторичную и глубокую. По достижении требуемого уровня очистки вода дезинфицируется и сбрасывается в водохранилища, реки или моря. При первичной очистке сначала с помощью решеток улавливается крупный мусор – древесные и пластиковые отходы (рис. 7.6). Затем сточная вода проходит через систему камер, где после отстаивания загрязняющие вещества выпадают в осадок, который собирается и потом перерабатывается либо подвергается захоронению. После дезинфекции, уничтожающей опасные бактерии, вода сливается в водоемы.
Вторичная очистка сточной воды включает биологический процесс разложения органических отходов бактериями. На некоторых станциях очистки для ускорения такого процесса очищаемая вода смешивается с активным илом, населенным бактериями, и через взмученную смесь пропускается воздух. Затем вода поступает в камеры осаждения, где собирается выпавший осадок, который после специальной обработки либо сжигается, либо закладывается в подземное хранилище, а иногда после сортировки он используется в качестве удобрения чаще всего для некультурных растений. Очищенная вода сливается обычно в естественные водоемы.
В некоторых развитых странах сточная вода подвергается комбинированной обработке, включающей первичную и вторичную очистки. Однако после такой обработки в очищенной воде все же остаются до 3 % взвешенных твердых примесей, содержащих нитраты, фосфаты, токсичные соединения тяжелых металлов и синтетических веществ. Остаются и радиоактивные изотопы с большим периодом полураспада и химически стойкие органические вещества – пестициды. Концентрацию таких загрязняющих веществ можно снизить при дальнейшей глубокой обработке воды, основанной на сложных физических и химических процессах. Сооружение очистных станций с глубокой очисткой и их эксплуатация обходится весьма дорого, требует больших материальных и финансовых ресурсов. Поэтому во многих странах чаще всего ограничиваются первичной и вторичной очистками. Исключение составляют Швеция, Дания, Норвегия и другие страны, где законодательно установлены нормативы высокой степени очистки воды.
Любой способ очистки воды включает последнюю стадию – дезинфекцию, при которой уничтожаются болезнетворные бактерии и вирусы. Наиболее распространенный способ дезинфекции – хлорирование. Однако такой способ сопровождается отрицательными последствиями: при взаимодействии хлора с органическими веществами образуются хлорированные углеводороды и некоторые из них, например, хлороформ, обладают канцерогенными свойствами, и при попадании их в организм человека увеличивается содержание холестерина в крови и, следовательно, повышается вероятность сердечно-сосудистых заболеваний. На современных очистных станциях для дезинфекции широко применяется озонирование и ультрафиолетовая обработка.
Более высокие требования предъявляются к очистке воды, употребляемой для питья. Такая вода в больших объемах чаще всего забирается из естественных поверхностных источников: рек, озер и водохранилищ. Сложный процесс ее очистки включает последовательные стадии отстаивания, фильтрации (при пропускании воды сначала через песок, а затем через активированный уголь) и дезинфекции.
Очистка сточных вод позволяет сократить сброс загрязняющих веществ в водоемы. Однако многие реки, озера и моря по-прежнему подвергаются сильному загрязнению.
Антропогенное загрязнение не обошло стороной и озеро Байкал, вблизи которого в 1960-х годах был построен целлюлозно-бумажный комбинат, который потреблял чистую байкальскую воду. Байкал обладает самым большим запасом пресной воды. В этом уникальном озере обитает более 550 видов животных и произрастает около 800 видов растений. Однако такое богатое природное многообразие живого мира могло существенно обеднеть, несмотря на то, что на комбинате была налажена система очистки сточной воды. Комбинат, кроме того, выбрасывал в атмосферу загрязняющие отработанные газы, и для его работы нужна была не только чистая вода, но и сырье – древесина, массовая заготовка которой могла нанести ущерб уникальным наземным и водным экосистемам Байкала. По требованию общественности в 2013 г. этот комбинат был закрыт.
Во многих озерах и водохранилищах, расположенных вблизи городов и населенных пунктов, накапливаются нитраты и фосфаты, а некоторые из них подвергаются еще и тепловому загрязнению при сбросе теплой и горячей воды электростанциями и промышленными предприятиями.
Неочищенные воды, сбрасываемые в моря и океаны, засоряют эстуарии, и значительная часть осадков попадает в океаны, вода которых, кроме того, загрязняется нефтепродуктами и нефтью, особенно при аварии танкеров и буровых платформ. Всё это наносит большой ущерб водным экосистемам.
В большинстве развитых стран принимаются природоохранные законы, предписывающие исполнение национальных стандартов по качеству воды в зависимости от целей ее потребления. Принятие подобных законов способствует защите водоемов от массового загрязнения. Труднее контролировать распределенные источники загрязнений, связанные с сельскохозяйственным производством, и городские свалки промышленных и бытовых отходов, из которых образуется множество видов вредных веществ, загрязняющих не только поверхностные, но и грунтовые воды. Загрязненные грунтовые воды, в отличие от поверхностных вод, почти не поддаются самоочищению и самовосстановлению из-за недостатка кислорода в закрытом подземном пространстве. Поэтому легче сначала предотвратить их загрязнение, чем потом производить дорогостоящую очистку воды.
Гораздо легче и дешевле везде и всюду предотвратить загрязнение потребляемой воды для разных целей. Любая очистка воды, каким бы эффективным и совершенным способом она не производилась, требует больших затрат финансовых, энергетических и природных ресурсов, при потреблении которых наносится дополнительный ущерб природе: истощаются ископаемые ресурсы, повторно загрязняется окружающая среда, в том числе и водные источники, и почва, и атмосфера.
Самый простой и самый доступный способ сохранения водных ресурсов – бережное отношение к ним и экономия воды во всех технологических процессах производства материальной продукции и в быту. Некоторые промышленные предприятия уже перешли на замкнутый цикл потребления воды, а современные стиральные машины и сантехническое оборудование позволяют существенно сократить расход воды для бытовых целей и уменьшить ее загрязнение.
Каждый просвещенный и образованный человек знает: чистая вода – залог здоровья, но далеко не каждый думает о том, что чистая вода нужна не только человеку, но и всему живому, чтобы на Земле везде и всюду возрождалась первозданная жизнь.
Библиографические ссылки
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов, 13-е изд. М.: Директ-Медиа, 2018.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Практикум, 6-е изд. М.: Директ-Медиа, 2016.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник в 2-х кн., 2-е изд., М.: Директ-Медиа, 2017.
Карпенков С.Х. Экология. Практикум, 2-е изд. М.: Директ-Медиа, 2022.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник для бакалавров. М.: Логос, 2014.
Карпенков С.Х. Технические средства информационных технологий. 4-е изд. М.: Директ-Медиа, 2021.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Справочник. М.: Высшая школа, 2004.
Карпенков С.Х. Незабытое прошлое. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Воробьёвы кручи. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Русский богатырь на троне. М.: ООО «Традиция», 2019.
Карпенков С.Х. Стратегия спасения. Из бездны большевизма к великой
России. М.: ООО «Традиция», 2018.
Карпенков С.Х. К истории одного преступления // Уничтоженные как класс. М.: ООО «Традиция», 2020. С. 3 – 65.
Степан Харланович Карпенков
Русская Стратегия |
