В результате хозяйственной деятельности человека в водоемы попадает большое количество биогенных элементов – азота, фосфора и калия. Обогащение водоема биогенными элементами называется эвтрофикацией. Существует 2 основных причины эвтрофикации:

Смыв биогенных элементов с полей из-за интенсивного применения удобрений

Сброс в водоемы бытовых сточных вод и стоков с животноводческих ферм, которые содержат большое количество биогенных элементов.

Поверхность водоемов открыта для всех видов загрязнения, что значительно изменяет микробный состав водоемов и ухудшает их санитарное состояние. Основной путь микробного загрязнения водоемов – поступление в них неочищенных отходов и сточных вод.

Биологическое загрязнение водоемов происходит также при купании людей и животных. В течение 10 мин купания человек может внести в воду около 3 млрд сапротрофных микроорганизмов и от 100 тыс. до 20 млн представителей БГКП.

В результате эвтрофикации в водной экосистеме происходят следующие изменения:

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона, а также водорослей-обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды редко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, для которых эти растения являлись источником пищи или средой обитания

2. Сильно размножившиеся в верхних горизонтах воды растения (особенно водоросли) имеют намного большую суммарную биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов, например рыб (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако донная растительность в результате эвтрофикации погибла (см. пункт 1) и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается (см. пункт 2), то в придонных горизонтах кислород расходуется значительно быстрее, чем образуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донных и придонных животных. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения. В дальнейшем такой водоем будет мелеть, на дне его из остатков отмерших организмов начнет образовываться торф, и в итоге он превратится в болото.

Не следует думать, что эвтрофикация – это процесс, вызываемый исключительно вмешательством человека, т.к. в любой водоем в результате естественных процессов постепенно вымываются питательные вещества из окружающих его почв. Однако при воздействии человека этот процесс резко убыстряется, и вместо нескольких тысяч лет эвтрофикация водоемов происходит за несколько десятков лет.

Эвтрофикация является наиболее распространенным типом загрязнения водоемов, однако не единственным. Кроме биогенных элементов, в водоемы в результате хозяйственной деятельности человека попадают различные токсичные вещества – тяжелые металлы, нефтепродукты, пестициды, токсичные компоненты промышленных стоков и т.д.

Основные входные и выходные потоки города

Таблица №1

Оксид азота образуется при лесных пожарах. Высокие концентрации оксида азота в городе связаны с деятельностью человека. В значительном количестве оксид азота выделяется на ТЭС и двигателями внутреннего сгорания.

Оксид углерода - самый большой его источник - автотранспорт. Другой источник - табачный дым. Оксид углерода связывается с гемоглобином крови и при большой его концентрации может вызвать летальный исход.

Частицы - пыль - причины выбросов в атмосферу - это пыльные бури,
эрозия почв, вулканы. Около 20% пыли в атмосфере - дело рук человека:
производство стройматериалов, цемента и т.д. Американский эколог Бартон
сказал о проблеме загрязнения атмосферы пылью: «Одно из двух: либо люди
сделают так, что в воздухе станет меньше дыма, либо дым сделает так, что на
Земле станет меньше людей».

Источниками загрязнения гидросферы являются биологические, химические и физические источники. Антропогенное воздействие на гидросферу приводит к снижению запасов воды, изменению состояния фауны и флоры водоемов, нарушению круговорота многих веществ в биосфере, снижению биомассы планеты и, как следствие, уменьшению воспроизводства кислорода.

Роль воды во всех жизненных процессах общепризнанна. Без воды человек может жить не более 8 суток, за год он потребляет около 1 т воды. Огромное количество пресной воды требует и производство как промышленное, так и с\х. Сейчас количество пресной воды на планете составляет всего 2,5% всей воды; 85% - морская вода.

Выше было указано количество сточных вод выбрасываемых городом за сутки. В зависимости от условий образования сточные воды делятся на три группы:

· бытовые сточные воды - стоки душевых, прачечных, бань, столовых, туалетов, от мытья полов и т.д.;

· атмосферные сточные воды, или ливневые. Особенно опасны ливневые стоки на промышленных предприятиях. Из-за их неравномерности затруднены сбор и очистка этих стоков.

· Промышленные сточные воды - жидкие отходы, которые
возникают при добыче и переработке сырья.

Загрязнители воды делятся на биологические , вызывающие брожение воды; химические , изменяющие химический состав воды; физические изменяющие ее прозрачность, температуру и другие показатели.

Биологические попадают вместе с бытовыми и промышленными стоками (пищевая, целлюлозно-бумажная промышленность).

Химические - нефтепродукты, тяжелые металлы, минеральные удобрения, пестициды, моющие средства.

Физические - при сбросах из выработок шахт, карьеров, транспортных магистралей.

Для очистки сточных вод применяют механический, химический, физико-химический и биологический методы. Когда они применяются вместе, метод очистки и обезвреживания сточных вод является комбинированным. Механический метод позволяет удалить из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных - до 95%; химический метод - до 95% нерастворимых примесей и до 25% - растворимых. Физико-химический метод позволяет удалить тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушить органические и плохо окисляемые вещества. Существует несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды.

Главным критерием качества воды и атмосферы в нашей стране являются ПДК. В России ежегодно образуются около 21 км сточных вод, из них 16 км сливаются в Волгу. Сейчас принято специальное постановление по защите ОС в бассейнах Волги и Урала. Для сохранения воды на планете необходимо научиться ее использовать многократно - создавать замкнутые водооборотные системы, а также разрабатывать современные методы очистки воды.

Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод.

Процессы загрязнения поверхностных вод обусловлены различными факторами. К основным из них отно­сятся: 1) сброс в водоемы неочищенных сточных вод; 2) смыв ядохимикатов ливневыми осадками; 3) газодымовые выбросы; 4) утечки нефти и нефтепродуктов.

Наиболынжй вред водоемам и водотокам причиняет выпуск неочищенных сточных вед - промышленных и коммунальных.

Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы са­мыми разнообразными компонентами в зависи­мости от специфики отраслей промышленности.

Следует за­метить, что в настоящее время объем сброса промышленных сточных вод во многие водные экосистемы не только не умень­шается, но и продолжает расти. Так, например, в 1995 г. в оз. Байкал, вместо планируемого прекращения сброса сточных вод из ЦБК (целлюлозно-бумажного комбината) и перевода их на замкнутый цикл водопотребления, было сброшено сточньх вод на 21% больше, чем в 1994 г.

Огромное количество таких опасных загрязняющих ве­ществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фос­фор, калий и др., смываются с сельскохозяйственных тер­риторий, включая площади, занимаемые животноводчески­ми комплексами. По большей части они попада­ют в водоемы и в водотоки без какой-либо очистки, а поэто­му имеют высокую концентрацию органического вещества, биогенных элементов и других загрязнителей.

Значительную опасность представляют газо-дымовые со­единения (аэрозоли, пыль и т. д.), оседающие из атмосферы на поверхность водосборных бассейнов и непосредственно на водные поверхности.

Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных су­дов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при сбросе с судов балластных вод и т. д.

Коммунально-бытовые сточные воды в больших коли­чествах поступают из жилых и общественных зданий, прачечных, столовых, больниц, и т. д. В сточных водах этого типа преобладают различные органические вещества, а так же микроорганизмы, что может вызвать бактериальное загрязнение.

Источники загрязнения подземных вод весьма разнообразны. Загрязняющие вещества могут проникать к подземным водам различными путями: при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, шламонакопителей, отстойников и др.

К естественным источникам загрязнения относят сильно минерализованные (соленые и рассолы) подземные воды или морские воды, которые могут внедряться в пресные незагряз­ненные воды при эксплуатации водозаборных сооружений и откачке воды из скважин.

Загрязнения подземных вод не ог­раничиваются площадью промпредприятий, хранилищ отходов и т. д., а распространяются вниз по течению потока на расстоя­ния до 20-30 км более от источника загрязнения. Это созда­ет реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах.

Следует также иметь в виду, что загрязнение подземных вод негативно сказывается и на экологическом состоянии по­верхностных вод, атмосферы, почв, других компонентов при­родной среды. Например, загрязняющие вещества, находящиеся в подземных водах, могут выноситься фильтрационным пото­ком в поверхностные водоемы и загрязнять их. Круговорот загрязняющих веществ в сис­теме поверхностных и подземных вод предопределяет единст­во природоохранных и водоохранных мер и их нельзя разры­вать. В противном случае меры по охране подземных вод вне связи с мерами по защите других компонентов природной сре­ды будут неэффективными.

Качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов с высоким уровнем загрязненности (более 10 ПДК) и числа случаев экстремально высокого содержания (Свыше 100 ПДК) загрязняющих веществ в водных объектах.

Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) это состояние достигло опасного уровня для здоровья человека. Службы санитарно-эпидемиологического надзора постоянно отмечают высокое загрязнение поверхностных вод.

Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в водоисточники с поверхностным и ливневым стоком с территорий санитарно неблагоустроенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в период весеннего паводка, ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах, в том числе и в Москве. В связи с этим проводится гиперхлорирование воды, что, однако небезопасно для здоровья населения в связи с образованием хлорорганических соединений.

Одним из основных загрязнителей поверхностных вод является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15мг/л при ПДК - 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами в поверхностных водах являются фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения меди, цинка, а в отдельных регионах страны – аммонийный и нитритный азот, лигнин, ксантогенаты, анилин, метил меркаптан, формальдегид и др. Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностным стоком с прилегающих территорий.

Небольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения.

Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к силь­ному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате пря­мого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, сте­кающей с поверхности обработанных сельскохозяйствен­ных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий-производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фос­фора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концент­рации питательных веществ в почве приводит к наруше­нию биологического равновесия в водоеме.

Вначале в таком водоеме резко увеличивается количе­ство микроскопических водорослей. С увеличением кор­мовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расхо­дованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняет­ся настолько, что он становится непригодным для суще­ствования любых форм организмов. Водоем постепенно «умирает».

Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов.

Во многих водных объектах концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, установленные санитарными и рыбоохранными правилами.

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий , крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных к ископаемых, гидроэнергетическом строительстве, воды шахт, рудников, отходы при обработке и сплаве лесоматериалов, сбросы водного и железнодорожного транспорта, отходы первичной обработки льна, пестициды и тд. С началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флотту.

Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменениях физических свойств ее химического состава, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и тд; налицо веществ, плавающих на поверхности воды и откладывании на дне водоййм.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественная и качественная соединение их разнообразна и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов, их разделяют на а две основные группы: содержащие неорганические примеси, в том числе и токсичные, и те, которые содержат ядови.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и тд, в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др.. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства вододи.

Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др.. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и др. вые вредные вещества. Вредное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели водди.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей. Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: нефтяную пленку, пл. Лава на воде, растворенные или эмульсированных в воде нефтепродукты, осевшие на дно, тяжелые фракции и тд. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается содержание ки сню, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека 12 мл нефти делают непригодной для употребления тонну водводи.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своим негативным влиянием на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое примен. Ання в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-Ю мг / л при. ПДК-0,1 мг / л. Эти вещества могут образовывать в водо ймах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах,. Перекресток, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг /мг/л.

Довольно вредным загрязнением промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения я, вода приобретает специфический запах карболкики.

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются сплавы. С гн иючои древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест місць.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим живот инам и человеку. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут. Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежит ют захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуарари.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Химич ни вещества, содержащиеся в них, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализ уеться деятельность бактерий, которые минерализующих органические веществовини.

Серьезное беспокойство вызывает загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В связи с интенсификацией животноводства все бил льш дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства.

Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприни приятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водой.

В сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико ико-санитарных водах и отходах кожевенных и предприятий, которые моют шерст.

Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота

Нагретые сточные воды. ТЭС и других производств причиняют"тепловое загрязнение", которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияние воздействует на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого"цветения воды;цвітіння води".

В ряде регионов важным источником пресной воды были подземные воды . Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности людей много источников подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода в них стала непригодной для питья. Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство . Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрач аеться промышленности. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной воды. В современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде на коммунально о-бытовые нужды. Объем потребляемой воды для этих целей зависит от региона и уровня жизни, составляет от 3 до 700 л на одного человека. Из анализа водопотребления за 5-6 прошедших десятилетий вытекает, что ежегодный и прирост безвозвратного водопотребления, при котором использованная вода безвозвратно теряется для природы, составляет 4-5%. Перспективные расчеты показывают, что при сохранении таких темпов потребления и с ура учетом прироста населения и объемов производства к 2100 г человечество может исчерпать все запасы пресной воды. Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, что природа обделила водн ими ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считались благоприятными в этом отношении в настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планетселення планети.

Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность создают сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной в воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.