Загрязнение сточными водами: экологические проблемы и пути их решения

Мировой океан – главный компонент экосистемы планеты. Переоценить его значение для всего живого, в том числе и для человека, невозможно.

Но океаны страдают от антропогенного влияния, причем деградация набирает обороты.

Одна из причин – увеличение объема сточных вод, т.е. промышленных и поверхностных стоков, вод с сельскохозяйственных объектов, бытовых стоков прибрежных населенных пунктов.

К чему приводит привнесение чужеродных веществ, находящихся за пределами нормы для экосистемы, каковы пути решения этой проблемы? Постараемся разобраться с этими вопросами.

Источники загрязнения

Загрязнение водоемов СВ становится не меньшей проблемой, чем истощение запасов пресных вод. Стоки, сброшенные в водоем без очистки или недостаточно очищенные, оказывают прямое воздействие на воды Мирового океана, нарушают биологическое равновесие, влияют на климат планеты.

Виды и формы загрязнения разнообразны и в разной степени масштабны:

• атмосферные осадки, поверхностные и коллекторно-дренажные воды;
• производственные стоки (химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, металлургия, машиностроение);
• бытовые (канализационные) стоки;
• воды шахт и рудников с включениями отходов при разработке рудных ископаемых;
• сельскохозяйственные стоки, содержащие минеральные и органические удобрения, стоки животноводческих комплексов (отходы жизнедеятельности и помывки скота);
• воды от первичной обработки льна;
• загрязнения обработки и сплава лесоматериалов;
• стоки от мойки дорожных покрытий, транспортных средств.

Кроме того, реки загрязняются при гидроэнергетическом строительстве. В период навигации увеличивается объем стоков с судов речного и морского флота.

Вклад в органическое загрязнение СВ привносят:

• растительные волокна;
• животные и растительные жиры;
• фекальные массы;
• остатки плодов и овощей;
• отходы кожевенных, целлюлозно-бумажных производств;
• побочные продукты сахарных, пивоваренных заводов.

Загрязняющие вещества, в том числе ядовитые и токсичные примеси, оказываясь в природных водоемах, меняют физические и химические свойства воды. К чему приводит загрязнение, связанное с различными видами утилизации или с работой промышленных предприятий, читайте ниже.

Промышленные стоки

Самые опасные СВ – стоки металлургических, химических и целлюлозных производств. Отходы производства и потребления, загрязнения в выбросах и сбросах от технологических производственных процессов оказываются в ближайших водоемах, откуда опасные вещества неизбежно попадают в Мировой океан, отравляя флору и фауну.

Количественный и качественный состав промышленных стоков определяется отраслью.

По концентрации загрязнений их можно разделить на 2 основные группы:

1. Содержащие неорганические примеси, в том числе токсические. Это СВ сульфатных, азотных, содовых производств, обогатительных комбинатов. В стоках выявляются высокие концентрации кислот, щелочей, тяжелых металлов. Главное воздействие заключается в изменении физических свойств воды.
2. Содержащие яды. Стоки этой группы сбрасывают предприятия органического синтеза, предприятия коксо- и нефтехимической, нефтеперерабатывающей отраслей. В таких СВ большой процент нефтепродуктов, фенола, аммиака, альдегидов, смол и других опасных соединений и веществ. В результате поглощается кислород, изменяются органолептические свойства воды.

Хозяйственно-бытовые

Рост населения планеты приводит к постоянному увеличению поступления канализационных стоков во внутренние водоемы. В результате реки и озера загрязняются моющими синтетическими составами, биологическими отходами, заражаются болезнетворными бактериями и гельминтами.

Итог – снижается насыщаемость вод кислородом, прекращается деятельность бактерий, минерализующих органику.

Сточные воды с сельскохозяйственных угодий

Сельское хозяйство – серьезный фактор антропогенного загрязнения водоемов.

Биогенные элементы, поступающие со СВ с полей, садов и огородов, влияют на качество воды в водных объектах не меньше, чем загрязнения в промышленных и хозяйственно-бытовых водах.

Естественно, влияние отрицательное.

Азотные удобрения вредны для человека и животных. При использовании для орошения и полива сточных вод, обогащенных азотом, интенсивном внесении азотных удобрений в почве и растениях аккумулируются в большом количестве опасные для человека нитраты.

Фосфорные удобрения – источник поступления токсичного фтора в окружающую среду, что в результате приводит к дефициту в почве цинка, марганца и железа.

Избыток удобрений на основе хлорида калия приводит к накоплению хлора, негативно влияющего на большинство растений, а также к снижению концентрации в растениях необходимых концентраций натрия, кальция, бора.

Биогенные элементы (особенно фосфор и азот), содержащиеся в СВ сельхозугодий, способствуют быстрому развитию в малопроточных водоемах сине-зеленых водорослей, чья токсичность не уступает пестицидам.

Атмосферные осадки

Важный источник поступления опасных веществ из СВ в почву, растения и водоемы – атмосферные осадки.

Свинец и кадмий оказываются в атмосфере в результате сжигания нефтепродуктов, отходов производства, при производстве стали и цветных металлов, при эксплуатации транспорта. В удаленных от промышленных объектов концентрация свинца в снеге и дожде примерно 1,6-1,7 мкг/л, а в крупных городах – 350 мкг/л.

Ртуть попадает в атмосферный воздух при сжигании твердого топлива на предприятиях цветной металлургии, затем с атмосферными осадками она оказывается в почве и водоемах.

Микроорганизмы превращают соединения ртути в очень токсичное органическое вещество – метилртуть.

Антропогенное загрязнение атмосферных осадков свинцом, кадмием, оксидом серы и продуктами ее трансформации, а также пестицидами и другими опасными веществами делает их серьезной причиной загрязнения водных объектов, снижения плодородия почв и качества сельскохозпродукции.

Тепловое загрязнение

От тепловых электростанций и отдельных производств в водоемы поступают нагретые СВ.

Возникает «тепловое загрязнение» с негативными для гидросферы, постепенно нарастающими последствиями:

1. Уменьшается концентрация кислорода в водоемах.
2. Резко изменяется термический режим.
3. Страдает флора и фауна водных объектов.
4. Появляются благотворные условия для «цветения воды» в связи с ростом сине-зеленых водорослей.

Загрязнение гидросферы, мирового океана

Мировой океан – главный «орган» Земли, определяющий ее климат.

Он взаимодействует с атмосферным воздухом, управляет круговоротом воды, излучает и поглощает тепло, формирует облака и осадки, производит кислород и даже смягчает последствия глобального потепления.

Согласно исследованиям, всего 13 % акватории Мирового океана не затронуты человеческой активностью (в основном в отдаленных частях Тихого океана, Арктике и Антарктике). Под особой охраной находятся всего 5 % «первозданных» морских территорий.

Технологический прогресс отвел Мировому океану роль гигантской «мусорной свалки». В воду ежегодно поступают миллиарды тонн загрязняющих отходов – нефти, промышленных и канализационных стоков, мусора, радиоактивных отходов, тяжелых металлов. Главным бедствием для океана является нефть и нефтепродукты.

Попадая в водоемы, они, а также нефтесодержащие стоки, принимают различные формы загрязнения, в частности:

• пленка, плавающая на поверхности;
• смесь – растворенная или эмульгированная;
• осевшие на дно тяжелые фракции.

Всего 12 г нефти, попавшие в водоем, делают непригодной для использования и жизни морских организмов целую тонну воды.

Следующие по значимости вреда – сточные воды. Если в воду попадает небольшой объем СВ, это даже приносит пользу – вода обогащается, увеличивается рост растений и обитателей водоема. Но большие объемы разрушают экосистемы, приводят к гибели морских организмов.

Ученые выделяют две основные причины загрязнения Мирового океана:

1. Проявление глобальных процессов планетарного масштаба, связанных с изменением климата и теплоэнергетического баланса, загрязнением атмосферы в целом и атмосферных осадков в частности.
2. Деятельность человека — сточные воды, включая коллекторно-дренажные, поверхностные воды, сельскохозяйственные и животноводческие стоки.

Основные загрязнители океанов — это СВ, содержащие:

• пестициды;
• гербициды;
• химические удобрения;
• моющие средства;
• нефтепродукты;
• полимеры и другие твердые частицы.

Сброс неочищенных СВ создает опасность для здоровья, приводит к кислородному истощению.

Основные источники СВ, поступающих в море:

• городские канализации;
• очистные сооружения;
• суда.

Сброс СВ в моря и океаны – распространенная практика наших дней. Мегаполисы с помощью многокилометровых труб отправляют канализационные и промышленные стоки в глубины морей. Но приходит время задуматься о последствиях.

Экологические проблемы

Такие источники, как:

• поверхностные стоки;
• дренажные воды;
• промышленность;
• транспорт;
• энергетика;
• стоки животноводческих комплексов и сельскохозяйственных угодий

загрязняют водные объекты:

• тяжелыми металлами;
• нефтепродуктами;
• биогенами;
• пестицидами;
• фенолами;
• радионуклидами;
• ПАВ и другими опасными веществами.

Интенсивное развитие сельского хозяйства и массовое использование азотных и фосфорных удобрений привело к тому, что вещества в колоссальных объемах попадают в океаны и становятся причиной появления «мертвых» зон.

Происходит эвтрофикация – азот и фосфор чрезмерно насыщают воду морей питательными соединениями, что приводит к чрезмерному развитию одних водорослей и гибели других.

В результате одноклеточные водоросли (а среди них много токсичных) интенсивно размножаются и закрывают солнечный свет для других растений и животных. Затем водоросли отмирают и разлагаются, опускаясь на дно и потребляя растворенный в воде кислород.

Итог – воды морей становятся мутными и безжизненными, флора и фауна вынуждены мигрировать на другие территории, а многие организмы просто погибают.

На жизнь обитателей водоемов особенно пагубно воздействуют СВ целлюлозно-бумажной промышленности. Древесные массы, содержащиеся в стоках, окисляются, поглощая большие объемы растворенного кислорода. В результате погибают икра, мальки и взрослые рыбы. Волокна древесины, засоряя воду, ухудшают ее физические и химические показатели.

Атомные электростанции тоже вносят свой вклад в загрязнение водоемов СВ с радиоактивными отходами в составе. Радиоактивные элементы накапливаются в планктоне и рыбе, откуда по цепочкам питания передаются другим водным обитателям.

Радиоактивность планктонных организмов в тысячи раз выше, чем воды – среды их обитания. СВ с высокой радиоактивностью, превышающей 100 мкюри/л, подлежат захоронению. Для этих целей используются подземные бессточные бассейны и резервуары со специальной защитой.

Негативные последствия сточных вод

Если обобщить, в результате антропогенного воздействия нарушается экология водоемов, снижается биопродуктивность, а также изменяются:

• химические, физические и органолептические свойства воды;
• биохимический режим водоемов;
• состав микроорганизмов.

Водный объект становится источником поступления токсичных веществ к человеку по 4 водно-трофическим цепочкам:

1. Вода – человек.
2. Вода – животные – человек.
3. Вода – почва – растение – человек.
4. Вода – почва – растение – животные – человек.

СВ нарушают функционирование систем жизнеобеспечения, от которых зависят множество секторов – от городской инфраструктуры до производства продуктов питания и промышленности.

В результате отсутствия регулирования сточных вод происходит ряд негативных моментов:

• утрата экосистемных услуг и экономических возможностей;
• изменение климата планеты из-за выбросов веществ с более высоким потенциалом глобального потепления, чем CO₂ – метана и закиси азота;
• увеличение «мертвых зон», пагубно влияющих на рыболовство, источники средств к существованию;
• распространение через воду различных болезней, отрицательное воздействие на здоровье человека и животных.

Между состоянием Мирового океана и жизнью людей на Земле есть прямая связь. Мутации и исчезновение представителей флоры и фауны трансформируют экосистему в глобальных масштабах – пищевые цепочки нарушаются, что неизбежно отражается на уровне жизни и питании зависящих от морских ресурсов людей.

Из-за нерегулируемого антропогенного воздействия СВ Мировой океан плохо функционирует. Семейства рыб не восстанавливаются, от изменения климата моря теряют кислород, становясь кислее и теплее, загрязнения губят морских обитателей, растительный мир и в конечном счете человеческую популяцию.

Пути решения

Океан способен восстанавливать баланс экосистемы. Но в век активной, неконтролируемой и безрассудной деятельности человека водный слой планеты не успевает обновляться собственными силами.

Глобальные проблемы Мирового океана должны решаться не менее глобальными методами:

• совершенствование технологий добычи и транспортировки нефти;
• снижение объемов углекислого газа в атмосфере;
• разработка и массовое внедрение экологических видов топлива;
• создание ресурсосберегающих технологий;
• строгое соблюдение регламентов и повышение уровня очистки стоков, сбрасываемых в гидросферу;
• внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в том числе мембранных;
• минимизация дренажных стоков;
• внедрение новых малоотходных технологических процессов с наибольшим экологическим эффектом;
• сокращение объемов загрязнения окружающей среды биогенами, пестицидами, тяжелыми металлами и другими токсикантами.

Человечество должно понять – нужно возвращать природе воду, если не в первозданном виде, то хотя бы приближенной к естественному составу.

Промышленные предприятия должны использовать фильтровальные станции, очистные сооружения, аэрационное оборудование, применять универсальную и эффективную технологию очистки сбросов высокоактивными симбиотическими иловыми культурами – все эти методы способны отфильтровать из СВ вредные соединения.

Города должны улучшать способы очистки канализационных стоков с обновлением оборудования и увеличением числа очистных станций.

Эффективным направлением в сфере охраны водоемов будет активный переход предприятий на замкнутые циклы водоснабжения, где очищенные СВ не сбрасываются, а многократно используются.

Бессточные циклы позволят сократить поступление СВ в поверхностные водоемы, использовать свежую воду только для восполнения безвозвратных потерь в неизмеримо меньших объемах.

Ощутимо сократить уровень загрязненности СВ можно путем извлечения из сточных масс ценных примесей, используя современные методы обработки.

Большие объемы воды в различных отраслях расходуются на охлаждение, превращаясь в СВ и частично испаряясь. Замена водяного охлаждения воздушным позволит сократить расход пресной воды в среднем на 80%.

Видео по теме

Предлагаем прослушать доклад эксперта о проблемах загрязнения окружающей среды сточными водами фармацевтических предприятий:

Подводим итоги

Если сточными водами управлять рационально, они способны стать полезным ресурсом и решением множества проблем. Обработанные стоки – источник воды и питательных веществ.

Их можно использовать для выращивания сельскохозяйственных культур, минимизируя потребность в пресных запасах и дорогостоящих удобрениях.

Осадок сточных вод может стать сырьем для производства биогаза, биотоплива, экологичных строительных материалов, что позволит экономить природные ресурсы планеты, создавать новые рабочие места и развивать экономику в целом.