Лекция 2

Лекция 2

2.1. Состояние качества воды в водных объектах

Научно-техническая революция и бурный рост промышленного производства в XX веке способствовали не только росту благосостояния человека, но отрицательно сказались и на состоянии окружающей среды. Последствия техногенной деятельности человека проявляются в загрязнении морских акваторий и пресных водоемов отходами промышленных и сельскохозяйственных предприятий, загрязнении атмосферы промышленными выбросами, уменьшении площади сельскохозяйственных угодий, разрушении плодородного слоя почв, истощении водных, лесных и ископаемых ресурсов, уменьшении численности животных, загрязнении околоземного пространства объектами космической техники.

Научно-технический прогресс вносит существенные изменения в естественные процессы круговорота воды в атмосфере, морях и океанах, внутренних водоемах и подземных водоносных горизонтах, т. е. в гидрологический цикл планеты.

Тысячелетиями люди использовали реки, озера и моря для сброса в них загрязненных сточных вод. И практически повсеместно до начала XX века это не вызывало особого беспокойства. Солнце, воздух и растворенный в воде кислород обеспечивали самоочищение водоемов. Однако те времена, когда объем загрязнений был сравнительно невелик, и водоемы с ним успешно справлялись, к сожалению, канули в вечность. Рост многомиллионных городов, бурное развитие промышленности, энергетики, водного транспорта, увеличение добычи полезных ископаемых, рост орошаемого земледелия, водные рекреации вели с каждым годом все к большему и большему загрязнению вод. Загрязненными оказались не только ручьи, небольшие реки и озера, но и все водные объекты, включая моря и даже океаны.

В водные объекты, в конечном счете, попадают практически все загрязнители, выбрасываемые производственной деятельностью в окружающую среду. Сбросы неочищенных промышленных и коммунально-бытовых стоков – одна из серьезных причин загрязнения поверхностных вод. Вместе с продуктами эрозии почв в водные объекты попадают используемые в сельском хозяйстве минеральные удобрения и пестициды, отходы животноводческих
ферм. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу, рано или поздно осаждаются на поверхности земли и уносятся в реки и озера с дождевыми и талыми водами.

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

Рис. 1. Источники антропогенного загрязнения гидросферы

Загрязняются и подземные воды – важнейший резервуар пресных вод. Свалки отходов бытового и производственного происхождения являются одним из серьезных источников загрязнения грунтовых вод. Инфильтруясь и просачиваясь сквозь почву, вода уносит с собой в грунтовые воды все растворимые вещества. Почва не может задержать их.

Гидросфера служит естественным аккумулятором большинства загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу или литосферу. Это связано с большой растворяющей способностью воды, с круговоротом воды в природе, а также с тем, что водоемы являются конечным пунктом на пути движения различных сточных вод.

Загрязняющие вещества, попадающие в воду, проявляют себя по-разному в зависимости от их природы. Органические соединения природного происхождения за некоторым исключением быстро разрушаются микроорганизмами. При достаточном количестве кислорода проявляется активность аэробных микроорганизмов, питающихся органическими веществами. При этом образуются углекислый газ и вода, а также нитраты, фосфаты, сульфаты и кислородные соединения других элементов, содержавшихся в исходных веществах. Выделенные фосфаты и нитраты играют особую роль в изменении состояния воды, так как являются элементами минерального питания, лимитирующими процессы фотосинтеза. В естественных водоемах эти ионы содержатся в малых количествах и ограничивают рост растений и планктона.

Высокое содержание фосфатов и нитратов в воде способствует усиленному росту фитопланктона, размножению зоопланктона и высшей фауны, которые употребляют кислород при дыхании. С ростом числа живых организмов, особенно планктона, имеющего короткий жизненный цикл, увеличивается количество детрита (мертвого органического вещества), для аэробного разрушения которого также необходим кислород. В таких условиях расход кислорода не восполняется его продукцией в процессе фотосинтеза. Происходит переход от аэробного состояния водоема к анаэробному. В отсутствие кислорода разложение органического вещества происходит в процессе жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. В результате целого ряда взаимосвязанных процессов брожения образуются метан (СН4), углекислый газ, вода, аммиак (NH3) и сероводород (Н2S). При этом фосфор, содержавшийся в детрите, вновь выделяется в воду в виде фосфатов. Дефицит кислорода, а также образование токсичных продуктов реакций анаэробного окисления приводят к гибели большинства видов водной экосистемы.

Условия в водоеме, характеризующиеся низкими концентрациями фосфатов и нитратов и высоким содержанием растворенного кислорода, называются олиготрофными; условия, соответствующие высоким концентрациям фосфатов и нитратов и низкому содержанию кислорода – эвтрофными. Переход от олиготрофных условий к эвтрофным рассматривается как процесс эвтрофизации водоема.

Эвтрофизация представляет собой естественный процесс старения водоема по мере поступления в него с поверхностным стоком наносов, содержащих частицы почвы и детрит. Процесс естественной эвтрофизации происходит медленно и приводит к постепенному заболачиванию водоемов, что проявляется в виде смены экосистем в ходе сукцессии. Антропогенная эвтрофизация, вызываемая увеличенным поверхностным стоком, смывом с полей высококонцентрированных минеральных удобрений, сбросом в водоемы неочищенных сточных вод, содержащих органические вещества, нитраты и фосфаты, отличается быстрыми темпами протекания и имеет характер экологического нарушения в пределе, приводящего к полной гибели водной экосистемы.

Существенные экологические проблемы возникают при попадании в водоемы трудноразрушаемых или устойчивых органических загрязняющих веществ. К ним относятся компоненты нефти и нефтепродуктов, соединения тяжелых металлов, а также многочисленные синтетические органические соединения, для разрушения которых микроорганизмам не хватает многих специфических ферментов (биологических катализаторов). Нефть может попадать в природную среду при бурении скважин на нефтяных месторождениях
, при авариях танкеров и утечках в нефтепроводах, при транспортировке, переработке сырой нефти, а также при очистке автоцистерн от нефти и нефтепродуктов. Гидрофобная нефть образует тонкую пленку на поверхности воды, на открытых водных поверхностях с течением времени образуется эмульсионный слой «нефть – вода», который препятствует газообмену между водой и воздухом. Это приводит к тому, что живые организмы, находящиеся под этой пленкой, постепенно задыхаются. У морских птиц контакт с нефтью приводит к склеиванию оперения, они утрачивают способность держаться на воде и быстро гибнут от переохлаждения. Растворимые в воде окисленные компоненты нефти могут обладать токсическим действием.

Нефть в природной среде подвергается микробиологическому распаду, в котором участвуют различные виды бактерий, но этот распад протекает очень медленно, так что нефть в течение недель и месяцев находится на поверхности воды, легколетучие компоненты нефти испаряются, загрязняя атмосферный воздух, а малолетучие медленно окисляются и образуют сгустки, опускающиеся на дно водоема.

При просачивании нефти в почву, несмотря на большую вязкость, она проникает в грунтовые воды и может распространяться на большие расстояния. Вода становится непригодной для использования при попадании 1л нефти на 106 л воды.

Проблему качества воды нельзя решать без анализа условий и характера преобразований и изменений водных ресурсов в результате деятельности людей.

Антропогенное воздействие на гидросферу приводит к следующим последствиям:

·  снижаются запасы питьевой воды (около 40 % контролируемых водоемов имеют загрязнения, превышающие 10 ПДК);

·  изменяется состояние и развитие фауны и флоры водоемов;

·  нарушается круговорот многих веществ в биосфере;

·  снижается биомасса планеты и как следствие воспроизводство кислорода.

Критериями использования воды служат показатели водозабора и водопотребления. Почти три четверти добываемой в мире воды идет на орошение, остальная вода используется в промышленности и коммунальном хозяйстве, для охлаждения оборудования на электростанциях и т. д. В табл. 1 представлены цифры, характеризующие удельное водопотребление в отдельных отраслях промышленности.

На выращивание одной тонны пшеницы необходимо 1500 тонн воды, одной тонны риса – более 7000 тонн, одной тонны хлопка – 10000 тонн. Огромное количество воды требуется для производства продовольствия и различной промышленной продукции. Прежде чем в магазине появится литровая банка консервов из фруктов или овощей, на нее будет истрачено 40 литров воды. Для производства суточной нормы пищевых продуктов на одного человека требуется около 6 м3 воды.

Таблица 1

Загрязнение природных вод становится самым сильным фактором отрицательного воздействия человека на окружающую среду и гидросферу в частности. Загрязнение гидросферы возникает в первую очередь в результате использования воды в «мокрых» технологиях, при которых тонна конечной продукции практически в любой отрасли промышленности, сельского и коммунального хозяйства сопровождается образованием в 10–1000 раз больше загрязненных сточных вод. Количество сточных вод (м3), образующихся на 1 т готовой продукции, представлено в табл. 2.

Таблица 2

Количество сточных вод, образующихся

на 1 т готовой продукции

Продукция	Количество сточных вод, м3
прокат кокс сахарная свекла кожа серная кислота синтетический каучук капрон	1,5 – 10 1,5 – 10 13 – 16 82 – 110 60 – 140 250 2500

Именно с загрязнением связана и угроза истощения водных ресурсов и необратимого изменения экологических водных систем и всей гидросферы.

Основными источниками загрязнения водных объектов служат:

·  промышленные сточные воды;

·  сточные воды коммунального хозяйства городов и других населенных пунктов;

·  сельскохозяйственные сточные воды, включающие дренажные воды систем орошения и стоки с полей и животноводческих объектов;

·  атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения, талые воды, ливневые стоки с городских улиц и промплощадок.

Общий объем промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых стоков превышает 1,3 тыс. км3, для разбавления которых требуется примерно 8,5 тыс. км3 воды, т. е. – 20 % полного и 60 % устойчивого стока рек мира.

Россия не является исключением. В результате антропогенной деятельности многие водоемы нашей страны крайне загрязнены. Уровень загрязненности воды по отдельным ингредиентам превышает 30 ПДК.

Основные реки России – Волга, Дон, Кубань, Обь, Енисей, Лена, Печора – оцениваются как загрязненные, а их крупные притоки – Ока, Кама, Томь, Иртыш, Тобол, Миасс, Исеть, Тура – как сильно загрязненные. Неблагополучно состояние многочисленных малых рек России, особенно в районах сосредоточения промышленного и сельскохозяйственного производства, из-за поступления в них с поверхностным стоком и сточными водами больших количеств загрязняющих веществ, нарушения режима хозяйственной деятельности в водоохранных зонах и попадания органических и минеральных загрязнений, а также смыва грунта в результате эрозии.

Основными источниками загрязнений объектов России являются коммунальное хозяйство и промышленные предприятия, которыми сбрасывается соответственно 58 % и 31 % загрязненных сточных вод.

На рис. 2 указана доля отраслей промышленности России
в сбросе загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы в 1996 г.

Воздействие на качество воды особенно интенсивно осуществляется через атмосферу, в которую выбрасывается ежегодно более 15 млрд. т углекислого газа, 200 млн. т оксида углерода, более 50 млн. т оксидов азота, около 150 млн. т двуокиси серы, 500 млн. т углеводородов, 120 млн. т золы. Общее количество выбросов достигает 19 млрд. т.

Рис. 2. Доля отраслей промышленности РФ в сбросе загрязненных сточных вод

в 1996 г., %.

Попадающие в атмосферу загрязнения воздействуют на содержание и строение мельчайших частиц, влияющих на темпы и масштабы конденсационных процессов, а значит, и на интенсивность и количество выпадающих атмосферных осадков. О масштабах таких процессов можно косвенно судить по образованию кислотных дождей – этому глобальному явлению, возникшему во второй половине ХХ века.

При взаимодействии диоксида серы и оксидов азота с водяными парами атмосферы образуются кислоты. Затем вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю. Кислотные осадки, попадая в водоемы и почвы, повышают их кислотность. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв. Снижение pH питьевой воды способствует прямому поступлению в организм человека указанных выше металлов и их соединений.

В нашей стране повышенная кислотность осадков (pH = 4–5,5) отмечается в отдельных промышленных регионах. Наиболее неблагополучными являются города Тюмень, Тамбов, Архангельск, Северодвинск, Вологда, Петрозаводск, Омск и др. Плотность выпадения осадков серы, превышающая 4 т/(км2/год), зарегистрирована в 22 городах страны, а в 4 городах – более 8-12 т/(км2/год): Алексин, Новомосковск, Норильск, Магнитогорск.

Интенсивное развитие промышленного производства приводит к росту промышленных отходов, которые в совокупности с бытовыми отходами существенно влияют на химический состав почвы и вызывают загрязнение поверхностных и грунтовых вод.

В 1996 году на предприятиях России образовано 84 млн. т твердых токсичных отходов. Наиболее опасные твердые промышленные отходы образуются в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также на биохимических производствах, в металлургии, при производстве пестицидов и т. п. Примером значительного накопления отходов, связанных с добычей полезных ископаемых, могут служить терриконы угольных шахт, отвалы вблизи карьеров при наземной добыче руд.

В настоящее время одной из самых острых проблем является утилизация и захоронение радиоактивных отходов и, прежде всего, отходов АЭС. Опасны и значительны отходы сельскохозяйственного производства – навоз, остатки ядохимикатов, кладбища животных.

Свалки бытовых и промышленных отходов занимают большие площади, являются источниками пыли и газов, образующихся в результате химических и анаэробных биологических реакций в толще, а также источниками загрязнения грунтовых вод в результате образования просачивающихся вод (табл. 3).

Таблица 3

Примерный состав просачивающихся вод из хранилищ городского бытового мусора (мг/л) (через 6-8 лет после закладки на хранение)

Сухой остаток	20 000
Нерастворимые вещества	2 000
Соединения щелочных и щелочноземельных металлов (в расчете на металл)	8 000
Соединения тяжелых металлов (в расчете на металл)	10
Соединения железа (общее железо)	1 000
NH4	1 000
SO2-	1 500
HCO3	10 000
Фенол	50

Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем снижении их минимально допустимого стока. На территории России поверхностный сток воды распределяется крайне неравномерно. Около 90 % общего годового стока с территории России выносится в Северный Ледовитый и Тихий океаны, а на бассейны внутреннего стока (Каспийское и Азовское море), где проживает свыше 65 % населения России, приходится менее 8 % общего годового стока.

Именно в этих районах наблюдается истощение поверхностных водных ресурсов, и дефицит пресной воды продолжает расти. Связано это не только с неблагоприятными климатическими и гидрологическими условиями, но и с активизацией хозяйственной деятельности человека, которая приводит к все более возрастающему загрязнению вод, снижению способности водоемов к самоочищению, истощению запасов подземных вод, а, следовательно, к снижению родникового стока, подпитывающего водотоки и водоемы.

Серьезнейшая экологическая проблема – восстановление водности и чистоты малых рек (т. е. рек длиной не более 100 км). Именно они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало их истощение (а нередко и исчезновение), обмеление и загрязнение.

В настоящее время состояние малых рек и озер, особенно в европейской части России, в результате резко возросшей антропогенной нагрузки на них, катастрофическое. Сток малых рек снизился более чем на половину, качество воды неудовлетворительное. Многие из них полностью прекратили свое существование.

К очень серьезным негативным экологическим последствиям приводит и изъятие на хозяйственные цели большого количества воды из впадающих в водоемы рек. Так, уровень некогда многоводного Аральского моря, начиная с 60-х гг., катастрофически понижается в связи с недопустимо высоким перезабором воды из Амударьи и Сырдарьи. Объем Аральского моря сократился более чем наполовину, уровень моря снизился на 13 м, а соленость воды (минерализация) увеличилась в 2,5 раза.

Длительная эксплуатация подземных водозаборов привела к значительному истощению подземных вод. Практически во всех крупных промышленных городах мира возникли значительные депрессионные воронки (понижения) с радиусами до 20 км и более. Так, например, усиление водоотбора подземных вод в Москве привело к формированию огромной районной депрессии с глубиной до 70-80 м, а в отдельных районах города – до 110 м и более.

Интенсивная эксплуатация подземных вод в районах водозаборов и мощный водоотлив из шахт, карьеров приводят к изменению взаимосвязи поверхностных и подземных вод, к значительному ущербу речному стоку, к прекращению деятельности тысячи родников, многих десятков ручьев и небольших рек, к осушению болот и т. д.

2.2. Влияние отраслей промышленности на гидросферу

2.2.1. Энергетика

Все стороны деятельности человечества неразрывно связаны с производством и потреблением энергии, прежде всего электрической. Современные объемы производства требуют огромного количества энергии, причем расход ее на единицу производимой продукции постоянно растет.

Энергетика – основной движущий фактор всех отраслей промышленности, транспорта, коммунального и сельского хозяйства. У нее наиболее высокие темпы развития и масштабы производства:

Год	1970	1980	1990	2000	2007
Производство электроэнергии в мире, млрд. кВт×ч	6 600	8 920	12 500	14 500	19 895

Энергетика является наиболее водоемкой отраслью промышленности, причем в России удельный вес водопотребления этой отраслью все более возрастает. Если в 1985 г. в энергетике использовалось 63 % общего объема потребляемой промышленностью свежей воды, то в 1997 г. – уже 73 %. Энергетика потребляет большое количество свежей воды (~ 30 млрд. м3/год) и только 65–70 % ее экономится за счет использования водооборота.

Доля участия энергетических предприятий в загрязнении окружающей среды весьма значительна. Особенностью энергетического производства является непосредственное воздействие на природную среду в процессе извлечения топлива, его транспортировки и сжигания.

В настоящее время наиболее распространенными источниками энергии являются:

·  теплоэнергетика, которая основана на сжигании различных видов органического топлива – нефти, газа, угля, торфа, сланца;

·  гидроэнергетика, использующая водные ресурсы;

·  атомная энергетика, использующая внутреннюю энергию атомных ядер, выделяющуюся при некоторых ядерных превращениях.

По мере роста потребления первичных энергоресурсов и соответственного истощения природных запасов органического топлива все большее значение приобретают альтернативные источники энергии: солнечная, геотермальная, ветровая энергия и т. д.

Тепловая энергетика является основным поставщиком электроэнергии. Около 70 % всей произведенной в мире энергии вырабатывается при сжигании органического топлива (уголь, мазут, природный газ).

Эксплуатация ТЭС связана с использованием большого количества воды. Среди подотраслей электроэнергетики ТЭС используют наибольший объем воды – 74 %. ТЭС мощностью 1 млн. кВт потребляет около 1,2–1,6 км3 воды в год (40–50 м3/с). Удельный водозабор оценивается в 100-150 л/кВт×ч.

К сточным, или сбросным водам ТЭС, относятся:

·  сбросные воды систем охлаждения различных аппаратов: конденсаторов турбин, масло - и воздухоохладителей, движущихся механизмов и т. д., составляющие основную часть воды (более 90 %), расходуемой на ТЭС;

·  сбросные воды систем гидрозолоулавливания;

·  отработавшие растворы после химических промывок теплосилового оборудования;

·  регенерационные и шламовые воды от водоочистительных установок;

·  нефтезагрязненные стоки, возникающие при обмывах наружных поверхностей нагрева, главным образом, воздухоподогревателей и водяных экономайзеров котлов, сжигающих сернистый мазут.

Составы перечисленных стоков различны и определяются типом ТЭС и основного оборудования, ее мощностью, видом топлива, составом исходной воды, способом водоподготовки в основном производстве.

Основными загрязнителями водных объектов являются:

·  минеральные соли (главным образом сульфаты и хлориды кальция, магния, натрия);

·  нефтепродукты (различные масла, сернистые мазуты, керосины и т. д.);

·  продукты коррозии;

·  растворы неорганических кислот;

·  органические соединения и т. д.

Загрязнение нефтепродуктами характерно для мазутных ТЭС. Сточные воды систем гидрозолоулавливания значительно загрязнены взвешенными веществами, имеют повышенную минерализацию. В них могут содержаться соединения фтора, мышьяка, ртути, ванадия. Стоки после химической промывки теплосилового оборудования содержат соляную, серную, плавиковую минеральные кислоты, органические кислоты (лимонную, щавелевую, муравьиную, уксусную и т. д.), соли аммония, железа, меди, гидразин, фтор, трилон Б и т. д.

Воды после охлаждения конденсаторов турбин и водоохладителей несут, как правило, только так называемое тепловое загрязнение, так как их температура на 8–10 ºС превышает температуру воды в водоисточнике. С одной стороны, возникают благоприятные условия для размножения теплолюбивых организмов, предотвращаются зимние заморы рыбы, улучшается их кормовая база. С другой стороны, значительное развитие таких организмов, как водоросли, бактерии, простейшие, способствует снижению качества воды, угнетению развития некоторых видов водных животных. Кроме того, с ростом температуры уменьшается растворимость кислорода в воде, увеличивается восприимчивость организмов к токсичным веществам.

Количественное воздействие ТЭС на водные ресурсы заключается в безвозвратном их изъятии. Основные потери воды происходят при функционировании систем охлаждения (градирни, пруды-охладители и охладительные каналы). Например, в градирнях за счет испарения теряется примерно 2,5 % циркулирующей в них воды.

Воздействие ТЭС на водные ресурсы через атмосферу выражается в загрязнении воздуха. Основными загрязнителями атмосферы являются летучая пыль (зола), углекислый газ, являющиеся источниками кислотных дождей, а также оксиды серы и азота.

Ежегодные выбросы ТЭС в атмосферу составляют (млн. т):

·  диоксид серы - 150;

·  оксид углерода (CO;

·  оксиды азота (NxOy) - 50;

·  углеводороды (CxHy) - 50;

·  мелкодисперсные аэрозоли - 250;

·  мышьяк - 0,280;

·  уран - 0,224.

Современная угольная электростанция мощностью 1 млн. кВт, расходуя за сутки около 1 тыс. т угля, выбрасывает в окружающую среду около 1 кг ртути. При этом некоторые элементы попадают в атмосферу в количествах, превышающих их добычу из месторождений. Например, поступление ртути больше в 8700 раз, мышьяка в 125 раз, урана в 60 раз, бериллия в 10 раз. Особенно существенна доля теплоэнергетической отрасли по выбросам оксида ванадия (V) (2/3 общероссийского объема).

На угольной электростанции мощностью 1 млн. кВт ежедневно образуется более тысячи тонн шлака и золы, для хранения которых необходимо около 1 га в год. ТЭЦ средней мощности занимает 200–300 га, а площадь шлако и золоотвала через 10 лет эксплуатации достигает 800–1000 га. Содержание микроэлементов в золе ТЭЦ значительно превышает их среднее содержание в земной коре – например, мышьяка – в 100 раз, бериллия – в 60 раз.

Пыление с поверхности золоотвалов, оседание атмосферных выбросов непосредственно на почву вызывает изменение качества почв и природных вод.

Гидроэнергетика. Гидроэнергетический потенциал России оценивается в 850 млрд. кВт·ч в год, из них уже используется около 20,9 %. Однако это значительно ниже, чем в промышленно развитых странах (Франция, Швейцария, Австрия, Португалия – 90 %; Япония, Швеция, Германия – 65-90 %; США, Бразилия, Канада, Испания, Италия – 45-65 %; Индия, Аргентина, Мексика – 20-25 %). Доля гидроэнергетики в суммарной выработке электроэнергии всеми электростанциями России составляет 18 % (в Норвегии – 99,6 %, в Бразилии – 90 %, в Австрии – 70 %, в Канаде – 66 %).

Выработка электроэнергии на ГЭС считается относительно чистым с экологической точки зрения способом ее получения, так как она не сопровождается такими отрицательными воздействиями, как загрязнение атмосферы, сброс нагретой воды, образование шлама, золы, радиоактивных отходов и т. д. ГЭС не требует добычи и транспортировки топлива, которые являются дополнительными источниками негативного влияния на природу.

Основные изменения в природной среде обусловлены созданием водохранилищ. Ежегодно на Земном шаре вступают в эксплуатацию сотни новых водохранилищ. На 01.01.98 г. их число составило более 60 тыс. Общий объем водохранилищ превышает 6 тыс. км2. Площадь водного зеркала равна 400 тыс. км2. Водохранилища внесли значительные изменения в природные и хозяйственные условия долин многих рек мира на площади 1500 тыс. км2.

Воздействие водохранилищ на природные условия может быть как положительным, так и отрицательным.

С помощью плотин осуществляется орошение земель и защита плодородных угодий и населенной местности, как от засухи, так и от катастрофических наводнений. Улучшаются условия судоходства на реке, углубляется фарватер, заполняются пороги. Создаются возможности для интенсивного разведения рыбного хозяйства.

Отрицательными последствиями создания и эксплуатации водохранилищ для природной среды являются:

·  Затопление земель. Затопленные плодородные почвы и растительность обогащают воду большим количеством питательных элементов. Это приводит к изменению гидрохимического состава воды, к созданию благоприятных условий для увеличения продуктивности водоема. Рост количества микроорганизмов, фито - и зоопланктона до определенного предела соответствует интересам рыбного хозяйства, но вода может стать непригодной или трудноочищаемой для водоснабжения, особенно в питьевых целях.

·  Повышение уровня грунтовых вод, которое приводит к заболачиванию и подтоплению земель, коррозии берегов и оползням.

·  Изменение микроклимата, которое проявляется в повышении влажности воздуха, образовании тумана, усилении ветров и т. п.

·  Изменение условий обитания фауны в долине реки и перестройка фауны самого водотока, превращающегося из реки в водохранилище с замедленным водообменом, в результате чего меняются условия размножения и обитания различных водных организмов, особенно рыб.

·  Наиболее существенное последствие для водных ресурсов – изменение качества воды вследствие замедления стока, уменьшения самоочищающей способности, избыточного развития синезеленых водорослей (цветения воды). При создании и эксплуатации водохранилища на реках происходят изменения физических свойств воды, солевого состава, содержания и форм биогенных элементов, а также численности и распределения фито - и зоопланктона. При трансформации речного стока в водохранилищах происходит в первую очередь осаждение взвешенных наносов, увеличение прозрачности воды и некоторое уменьшение ее цветности. Концентрация металлов в донном осадке на несколько порядков выше, чем в воде. Например, при концентрации ртути в воде 0,1–3,6 мкг/л в осадке ее может быть 80–800 мкг/л.

После перекрытия Оби плотиной Новосибирской ГЭС и образования Новосибирского водохранилища изменились гидрогеологические условия Оби. В зоне Бердского залива (активная зона отдыха новосибирцев) активизировалось загрязнение воды и дна, в том числе паразитарными и инфекционными микроорганизмами и вирусами, что привело к вспышке в 2004 г. ряда детских инфекционных заболеваний. При строительстве Красноярской ГЭС энергетики не предусмотрели рыбоприемники и рыбоходы в плотине – в результате прекратился нерест рыбы ценных пород в верховьях Енисея.

Атомная энергетика как отрасль промышленности существует сейчас в 33 странах и обеспечивает по разным данным выработку от 13 до 20 % всей электроэнергии, производимой в мире (в России ~ 12 %).

Воздействие атомных электростанций (АЭС) на природу можно разделить на три временных этапа, для каждого из которых характерен свой комплекс факторов.

На первом этапе, в стадии строительства АЭС, основными факторами воздействия являются физическое преобразование ландшафта на стройплощадке и вокруг нее, сооружение гидротехнических объектов для обеспечения АЭС охлаждающей водой, шумовое загрязнение. Сооружение водоемов-охладителей приводит к таким же последствиям, как и строительство небольших ГЭС.

На втором этапе, в стадии эксплуатации АЭС, главными факторами становятся радиоактивное, тепловое и химическое загрязнения.

При эксплуатации АЭС радиоактивному загрязнению подвергаются, прежде всего, атмосферный воздух (инертными газами: аргон, ксенон, криптон и др., а также радиоактивный йод) и поверхностные воды. Вклад в загрязнение гидросферы вносят слабоактивные воды следующих систем:

1)  первого контура (воды бассейнов выдержки и перегрузки кассет твэлов);

2)  контура системы управления и защиты;

3)  трапные воды, образующиеся при дезактивации помещений реакторной установки;

4)  обмывочные воды, получающиеся при дезактивации оборудования;

5)  воды санпропускников и спецпрачечных;

6)  воды, сбрасываемые радиохимическими лабораториями.

При выпадении радионуклидов на земную поверхность из атмосферы происходит радиоактивное загрязнение почв и природных вод. В зависимости от ландшафтно-биохимических условий радиоактивное загрязнение может или накапливаться или рассеиваться.

Надо отметить, что при режиме нормальной эксплуатации суммарные выбросы радиоактивных веществ значительно ниже предельно допустимых уровней. По требованиям Международного агентства по атомной энергии, они не должны превышать 5 % естественного фона радиации. Основная опасность возникает при авариях и нарушениях технологического режима.

Одной из самых крупных по своим масштабам и последствиям является авария на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС), произошедшая 26 апреля 1986 г. Основная часть радионуклидов осела в 30-километровой зоне. Водная среда способствовала быстрому распространению радиоактивности и заражению больших территорий. Усилиями многих людей удалось избежать загрязнения Днепра путем осаждения радиоактивных частиц на построенных многокилометровых земляных дамбах на пути следования зараженной воды реки Припять. Было также предотвращено загрязнение грунтовых вод - под фундаментом 4-го блока был сооружен дополнительный фундамент. Были сооружены глухие дамбы и стенка в грунте, отсекающие вынос радиоактивности из ближней зоны ЧАЭС. Это препятствовало распространению радиоактивности, но способствовало концентрации ее на самой ЧАЭС и вокруг нее. Радиоактивные частицы и сейчас остаются на дне водоемов бассейна Припяти.

Серьезной экологической проблемой является хранение и захоронение радиоактивных отходов.

При эксплуатации АЭС образуются радиоактивные отходы трех видов:

·  отработавшее топливо (твэлы, заполненные спрессованными спеченными таблетками диоксида урана);

·  отходы эксплуатации реакторов (отходы очистки теплоносителя от радиоактивности, регулирующие стержни и т. д.);

·  отходы демонтажа.

В зависимости от способа захоронения радиоактивных отходов возможно загрязнение различных природных сред (поверхностные и грунтовые воды, геологическая среда и т. д.).

Весьма значительным является тепловое загрязнение окружающей среды. Коэффициент полезного действия АЭС при преобразовании тепловой энергии ниже, чем ТЭС, и составляет около 30 %, соответственно расход воды для охлаждения конденсаторов и площадь водоема-охладителя в 1,5 раза больше по сравнению с тепловыми станциями. Другое отличие состоит в том, что сброс тепла от АЭС производится через конденсационную систему с охлаждающей водой и лишь немного с вентиляционным воздухом, поэтому ее тепловое загрязнение распространяется на поверхностные воды и практически не затрагивает атмосферу. В остальном же это воздействие аналогично ТЭС.

АЭС производят также химическое загрязнение поверхностных вод. Эти загрязнители можно подразделить:

·  неорганические вещества, не превышающие ПДК вод (сульфаты и хлориды кальция, магния и натрия);

·  токсичные вещества, значительно превышающие их ПДК в водных объектах (соли железа, меди, цинка, соединения фтора и т. д.);

·  вещества, влияющие на величину биологической потребности в кислороде (аммонийные соли, нитраты, сульфиды и т. д.).

Химическое загрязнение воздуха при эксплуатации АЭС невелико и обусловлено выходом летучих веществ и пыли из различных технологических растворов и складированных твердых отходов и сжигания органического топлива (газ, мазут, уголь), применяемого в подогревателях и других установках.

На третьем этапе, после ликвидации АЭС, реактор и производственные помещения останутся на длительное время источниками возможного радиационного загрязнения окружающей среды. Воздействие АЭС на природные компоненты в период демонтажа изучено недостаточно в связи с незначительным опытом их вывода из эксплуатации.

Нетрадиционная энергетика. К этой категории относятся электростанции, использующие возобновляемые источники энергии, причем для их работы не требуется транспортировка топлива. Можно выделить следующие источники энергии, использующиеся в этом виде энергетики:

·  солнечная энергия;

·  ветровая энергия;

·  геотермальная энергия;

·  энергия океана (энергия приливов и отливов, морских, океанических течений);

·  энергия биомассы.

В настоящее время негативное воздействие нетрадиционных видов энергетики проявляется слабо, что обусловлено незначительными масштабами использования возобновляемых источников и малыми мощностями станций. Увеличение их доли в энергобалансе, безусловно, вызовет возрастание неблагоприятных экологических последствий.

Наиболее существенное влияние на водную среду оказывает геотермальная энергетика:

·  происходит загрязнение поверхностных и подземных вод ртутью, кремнеземом, аммиаком;

·  изменяется уровень грунтовых вод;

·  засоляются почвы;

·  возможно обширное опускание земной поверхности;

·  наблюдается тепловое загрязнение атмосферы и поверхностных вод;

·  в атмосферу поступают растворенные в воде соединения серы, бора, мышьяка, метан, азот, пары ртути, радий, радон и т. д.

Негативное влияние гелиоэнергетики на водную среду проявляется в загрязнении ее высокотоксичными хлоратами и нитритами при утечке рабочих жидкостей, изменении теплового баланса и влажности в районах расположения станций. Основное же вредное воздействие гелиоэнергетики является косвенным – это технологические процессы производства фотоэлементов (кремниевых, кадмиевых, арсенидогаллиевых) для солнечных батарей, в большинстве своем являющиеся чрезвычайно вредными. В случае широкого развития солнечной энергетики такое опосредованное влияние на природную среду может быть весьма значительным.

Для приливной энергетики помимо воздействий, являющихся общими для всех водохранилищ, главным является снижение естественного водообмена отсеченной части акватории с морем, что вызывает изменение распределения скоростей течения в заливе, перераспределение донных отложений, опреснение, повышение температуры, загрязнение водной среды залива.

Для волновой энергетики характерно усиление абразии побережья вследствие динамики перемещения наносов, загрязнение поверхностных вод.

Биоэнергетика считается наиболее безопасной отраслью энергетики, так как она способствует снижению загрязнения окружающей среды всевозможными отходами (животноводческими, бытовыми, лесной и деревообрабатывающей промышленности и т. д.). Вместе с тем, при ферментационных процессах по переработке биомассы в этанол возникает значительное количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), загрязняющих окружающую среду.

Ветровая энергетика практически не оказывает воздействия на водную среду.

2.2.2. Горнодобывающая промышленность

Ежегодно в мире извлекается из недр до 100 млрд. т горных пород, при этом используется в среднем 3 % исходного сырья, а 97 % составляют различные отходы. Горная промышленность дает 31 % всех образующихся в мире твердых отходов.

Воздействие горнодобывающей промышленности на окружающую среду начинается во время проведения поисково-разведочных работ и подготовки месторождения к эксплуатации и продолжается весь период его разработки, а нередко и много лет после завершения добычи. Разработка месторождений полезных ископаемых, залежи которых находятся недалеко от земной поверхности, производится открытым способом. При расположении полезных ископаемых далеко под землей они извлекаются методом подземной (шахтной) добычи.

Добыча полезных ископаемых оказывает огромное воздействие на природные воды. Проходка горных выработок, строительство шахт, бурение скважин, создание карьеров меняют условия естественного режима подземных и поверхностных вод. Наибольшая глубина шахт сейчас достигает 4 км, а открытых разработок – 0,8 км. На 1 т угля в среднем откачивается 2–3 м3 воды. Приток подземных вод в угольные шахты и карьеры нашей страны превышает сейчас 2,2 км3 в год, а в железнодорожные шахты и карьеры – 0,5 км3. Общий объем извлекаемых при горных работах вод достигает нескольких кубических километров в целом по стране. В районах подземных разработок в результате откачки воды понижается уровень подземных вод, что приводит к формированию на площадях в сотни тысяч квадратных километров депрессионных воронок с понижениями воды в сотни метров. Так, в районе Курской магнитной аномалии понижение уровня грунтовых вод достигает 50–113 м, увеличиваясь со скоростью 1–3 м/год, а площадь воронки депрессии составляет около 40 тыс. км2, в районе Донбасса – 160 тыс. км2. Вследствие понижения уровня подземных вод, иссякают источники, осушаются водозаборные скважины и колодцы, а откачиваемые воды сбрасываются в поверхностные водоемы или закачиваются через скважины в другие водоносные горизонты, что меняет в них качество воды.

Поверхностные воды – наиболее подвергаемый геохимической трансформации компонент природной среды. Поступление загрязняющих веществ в них обычно происходит их трех источников:

·  водоотлив из горных выработок;

·  дренажный сток отвалов «пустых» пород;

·  дренаж хвостохранилищ обогатительных фабрик.

Возрастание выноса рудных компонентов связано с интенсификацией процессов окисления сульфидных минералов, что обусловлено многократным увеличением их реакционноспособной поверхности при раздроблении горных пород и доступом кислорода к сульфидам. Из рудовмещающих пород поступают значительные количества тяжелых металлов, алюминия, железа, марганца и т. д., которые оказывают вредное воздействие на водные организмы. Однако самое опасное последствие – это повышение кислотности воды. Например, при растворении в воде сульфида железа (пирит или железный колчедан), входящего в состав природного угля, образуется серная кислота и гидроксид двухвалентного железа. В результате содержание кислорода в воде снижается, а уровень кислотности повышается.

Отвалы вскрышных пород и хвостохранилища обогатительных фабрик, объемы которых составляют десятки и сотни млн. м3, являются мощными и постоянно действующими источниками загрязнения тяжелыми металлами подземных и поверхностных вод, почв. В подотвальных водах содержание многих металлов превышает ПДК в сотни и тысячи раз.

Под складирование горных пород и твердых отходов только угольной промышленностью в России ежегодно занимается около 5 тыс. га земли. Формирование отвалов площадью более 200 га (диаметр ~ 1,5 км) приводит, как правило, к подъему уровня грунтовых вод и появлению в окружающей местности контурного кольца из озер и болот (эффект продавливания грунта).

В процессе освоения нефтяных и газовых месторождений наиболее активное воздействие на природную среду осуществляется в пределах территорий самих месторождений, трасс магистральных трубопроводов, в ближайших населенных пунктах. При этом происходит нарушение растительного, почвенного и снежного покровов, поверхностного стока, срезка микрорельефа. Предприятия по добыче и переработке нефти и газа загрязняют атмосферу, открытые водоемы и почву углеводородами.

Технология добычи нефти связана со значительным водопотреблением. Расход воды с последующим сбросом складывается из использования воды на бурение, поддержание пластового давления, эксплуатацию скважин, сбор, транспорт и промысловую подготовку нефти. В Тюменской области на добычу 1 т нефти затрачивается в среднем 1,9 м3 воды.

Главной опасностью для окружающей природной среды при добыче нефти и газа являются аварийные выбросы из скважин в процессе бурения, грубые нарушения технологии добычи, переработки и системы распределения нефти и нефтепродуктов. Общая масса нефтепродуктов, ежегодно попадающих в моря и океаны, приблизительно оценивается в 5-10 млн. т. Нефтепродукты, попадая в воду, наносят серьезный ущерб живым организмам. При концентрации нефтепродуктов в воде 0,05-1,0 мг/л погибает планктон, а концентрация 10-15 мг/л смертельно опасна для взрослых особей рыб.

При разработке пластовых месторождений в нашей стране каждый год образуется 2,5 млрд. км3 дренажных шахтных и шламовых вод, загрязненных хлористыми и сульфатными соединениями, соединениями железа и меди, которые не годятся даже в качестве технической воды и перед сбросом должны быть очищены.

Загрязнение воздушной среды происходит в результате выделения пыли и газообразующих веществ при эксплуатации горнодобывающей техники, взрывных работах, при погрузке и транспортировке угля, на угольных складах и терриконах, при самовозгорании стволов и отвалов. В воздушный бассейн попадает пыль, сернистый ангидрид, окись углерода, сероводород, окислы азота и другие соединения.

2.2.3. Металлургия

Металлургические предприятия относятся к числу наиболее крупных промышленных комплексов, при работе которых происходит загрязнение поверхностных вод, почв, а также атмосферы. В современном металлургическом производстве можно выделить следующие процессы: предварительная обработка руд, выплавка и рафинирование металлов, проведение различных видов обработки металлов и их сплавов для придания им требуемых свойств.

Металлургия использует огромное количество воды, при этом цветная металлургия является значительно более водоемкой отраслью по сравнению с черной металлургией: на выплавку 1 т никеля требуется 4000 м3 воды, а чугуна – лишь 180–200 м3. Воздействие на природные ресурсы проявляется и косвенно, через большую энерго - и топливоемкость. Особенно энергоемким является производство алюминия (16–18 тыс. кВт×ч электроэнергии на 1 т), магния и титана.

Загрязнение поверхностных вод осуществляется следующими процессами:

·  вывод солевых растворов в водные бассейны;

·  загрязнение водотоков шламовыми «захоронениями»;

·  вторичное загрязнение вследствие выпадения атмосферных осадков и возвращения содержимого парогазовых выделений, в составе которых преобладают диоксид серы, окислы азота, окись углерода, газообразные фториды и хлориды, фенолы, органические углеводороды и т. д.

Сточные воды металлургических предприятий содержат:

·  примеси твердых минеральных веществ;

·  остатки флотационных реагентов (цианиды, ксантогенаты, нефтепродукты и др.);

·  ионы тяжелых металлов (свинца, меди, цинка, никеля, марганца и др.);

·  мышьяк, ртуть, сурьму, фтор, сульфаты, хлориды и т. д.

Металлургическая промышленность в значительной степени ответственна за подкисление водоемов.

Металлургическая промышленность оказывает и тепловое загрязнение, затрагивающее в основном поверхностные воды. Около 75% воды, необходимой при производстве чугуна и стали, идет на охлаждение, и она содержит значительное количество тепла.

2.2.4. Машиностроение

Основными источниками загрязнения окружающей среды на машиностроительных предприятиях являются литейное производство, цехи механической обработки, сварочные, гальванические, травильные и покрасочные цехи. Вредное воздействие машиностроения на поверхностные воды обусловлено большим водопотреблением (около 10 % общего водопотребления в промышленности) и значительным загрязнением стоков, которые подразделяются на пять групп:

·  с механическими примесями, в том числе и гидроксидами металлов;

·  с нефтепродуктами и эмульсиями, стабилизированными ионогенными эмульгаторами;

·  с летучими нефтепродуктами;

·  с моющими растворами и эмульсиями, стабилизированными неионогенными эмульгаторами;

·  с растворенными токсичными соединениями органического и минерального происхождения.

На первую группу приходится 75 % объема сточных вод, вторую, третью и четвертую – еще 20 %, пятую группу – 5 % объема.

Наиболее распространенным технологическим процессом предприятий машиностроения является обработка металлов, включающая в себя токарные, фрезерные, шлифовальные и другие виды работ. Главным источником загрязнения поверхностных вод является сброс отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей, электролитов и моющих средств, содержащих нефтепродукты, растворимые соединения металлов, взвеси, вредные химические элементы. Попадая в водоемы, сточные воды оказывают токсическое воздействие на растительные и водные организмы, сокращают содержание кислорода в воде, ухудшают качество воды для питьевого водоснабжения.

Сточные воды в литейном производстве образуются при орошении газоочистного оборудования, охлаждении оборудования, закалке изделий, промывке травленных деталей и характеризуются повышенной температурой, содержанием химических веществ (свинец, хром, кадмий, спиртовые компоненты, эфироальдегидные фракции, щелочи, кислоты, фенолы), а также высоким содержанием взвешенных веществ.

Сточные воды гальванических цехов обычно содержат ионные примеси катионов (меди, цинка никеля, кадмия, хрома, свинца, ртути, железа, алюминия, олова, висмута, кобальта, марганца и т. д.) и их гидроксиды (в виде суспензии и коллоидных частиц), анионов (хлоридов, сульфатов, фторидов, цианидов, нитратов, нитритов, фосфатов и т. д.), а также поверхностно-активных веществ.

Данная отрасль относится к числу наиболее водоемких производств. На ее нужды расходуется от 20 до 50 % общего водопотребления предприятиями машиностроения.

Среди газообразных загрязнителей преобладают оксиды серы и азота, которые вызывают кислотные дожди, а также пыль, углеводороды.

2.2.5. Сельское хозяйство

Сельское хозяйство относится к числу видов деятельности, наиболее сильно воздействующих на окружающую среду, в том числе и гидросферу. Достаточно сказать, что на его нужды уходит 60–80 % всей пресной воды. На долю сельского хозяйства приходится шестая часть объема сброса сточных вод в водоемы России и почти восьмая часть сброса загрязненных сточных вод.

Растениеводство – отрасль сельского хозяйства, занимающаяся возделыванием культурных растений. Можно выделить три основных фактора воздействия растениеводства
на водные ресурсы:

·  сельскохозяйственная техника;

·  мелиорация земель;

·  химизация сельского хозяйства.

Воздействие сельскохозяйственной техники заключается в загрязнении поверхностных и подземных вод, почвы горюче-смазочными материалами и отходами работы двигателей.

Мелиорация земель подразделяется на осушительную и оросительную. Всего в мире осушено 157 млн. га, причем больше всего осушенных земель в Северной и Центральной Америке (56 млн. га) и Западной Европе (40 млн. га). Возможные последствия осушительной мелиорации заключаются в усилении ветровой и водной эрозии, обмелении рек и озер, увеличении опасности наводнений, снижении количества атмосферных осадков, уменьшении численности животных и рыб, исчезновении некоторых видов растений.

Воздействие оросительной мелиорации выражается главным образом во вторичном засолении почв, их подтоплении и заболачивании, а также ирригационной эрозии. В результате засоления снижена продуктивность третьей части орошаемых земель. Соли, выносимые с полей в результате дренажа, в основном концентрируются во внутренних водоемах и депрессиях рельефа. Ирригационная эрозия происходит при поливе по бороздам или интенсивном дождевании. При этом смывается почва, что приводит к росту промоин и оврагов, заилению поверхности почвы.

Существует три способа подачи воды на поля:

·  поверхностное орошение (полив затоплением или по бороздам), когда вода распределяется самотеком;

·  дождевание (разбрызгивание воды под давлением по поверхности поливного участка);

·  капельное орошение (подача воды малыми порциями через отверстия в трубах, расположенных на поверхности или небольшой глубине).

Основной способ, обеспечивающий подачу 95 % всей воды, это поверхностное орошение.

Площадь орошаемых земель составляет 222 млн. га, в том числе 136 млн. га в Западной Азии. В настоящее время на полив и орошение тратится 4200 км3 воды в год. В среднем на орошаемые поля поступает слой воды толщиной около 1 м. Количество воды необходимое для выращивания 1 т пшеницы, составляет 1500 т, 1 т риса – 7000, 1 т хлопка – 10000 т.

Основной прирост мелиорированных земель на территории России наблюдался с 1966 по 1990 год. В 1990 году площадь мелиорированных земель составила 11,27 млн. га, из них площадь орошаемых сельскохозяйственных угодий составляла 6,16 млн. га, и осушаемых – 5,11 млн. га. В 1990 году эти работы были практически остановлены, что привело к уменьшению площади мелиорированных земель. За 1990–2005 годы площадь мелиорированных земель сократилась с 11,27 до 9,28 млн. га, в том числе орошаемых – с 6,16 до 4,50 млн. га. Выполнение Федеральной целевой программы «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006–2010 годы» привело к росту площади мелиорированных земель в 2010 г. до 25 млн. га.

Химизация сельского хозяйства проявляется в расширении применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений. Например, в 1987 году мировое потребление минеральных удобрений составило 140 млн. т, в том числе 76 млн. т азотных, 37 млн. т фосфорных и 27 млн. т калийных. Минеральные удобрения попадают в водные объекты в результате поверхностного смыва с сельскохозяйственных угодий. Оказавшись в воде, удобрения создают питательную среду для водной растительности. В частности, загрязнение воды азотными удобрениями приводит к избытку в ней нитрат-ионов, что представляет опасность для здоровья человека и стимулирует бурный рост водорослей, особенно синезеленых.

Явление повышенной биологической продуктивности водоемов, называемое эвтрофикацией, приводит к резкому ухудшению физико-химических свойств воды. При массовом отмирании водорослей на дне водоемов скапливаются сотни тонн разлагающихся остатков. На их разложение расходуется весь или почти весь растворимый в воде кислород. В результате наблюдается массовая гибель рыб и других гидробионтов. Использованием населением воды эвтрофицированных водоемов для хозяйственных нужд нередко приводит к вспышке желудочно-кишечных заболеваний, поскольку в таких водоемах создаются благоприятные условия для размножения болезнетворных микроорганизмов.

Применение в сельском хозяйстве фосфорных удобрения также является причиной эвтрофикации водоемов. Один килограмм поступившего с полей фосфора приводит к образованию в пресных водоемах 100 кг фитопланктона, снижающего содержание кислорода в воде и ухудшающего ее качество. Специфическая особенность фосфорных удобрений заключается в том, что их применение в больших количествах приводит к нежелательному накоплению в почве ряда других элементов: стабильного стронция, фтора, естественных радиоактивных соединений урана, радия, тория. Так, с 3 центнеров суперфосфата в почву может быть внесено от 1,5 до 10 кг стронция.

Третий основной элемент минеральных удобрений (калий) не оказывает существенного влияния на окружающую среду. Однако вместе с калийными удобрениями вносится много хлора, что может привести к нежелательным последствиям.

Для борьбы с различными живыми организмами, наносящими ущерб сельскому хозяйству, используют группу химических веществ, называемых пестицидами:

·  инсектициды – для борьбы с насекомыми;

·  гербициды – против сорняков;

·  фунгициды – для борьбы с грибковыми организмами;

·  родентициды – для борьбы с крысами и мышами.

Мировое производство химических средств защиты растений от болезней и вредителей составляет около 5 млн. т, а их применение в среднем по миру около 300 г на гектар пашни, однако в США и Западной Европе оно достигает 2–3 кг/га. Более 95 % от вносимого количества пестицидов не достигает объектов подавления, попадая в почву, воздух и воду. Опасность пестицидов обусловлена их высокой биологической активностью, большой продолжительностью сохранения в окружающей среде, способностью к накоплению. Применение пестицидов представляет наибольшую опасность для водных экосистем, почв, а также для человека. Из-за несоблюдения правил применения пестицидов от отравления ими в мире ежегодно гибнет 14 тыс. человек и наносится ущерб здоровью более 700 тыс. человек.

Водные объекты являются, по-видимому, окончательным хранилищем стойких пестицидов. Пестициды попадают в водоемы в результате поверхностного стока с сельскохозяйственных угодий, эрозионных процессов вместе с частицами почвы, а также атмосферных процессов (осадки и гравитационное осаждение) при распылении пестицидов с самолета и в результате испарения с обработанных полей.

Животноводство. Общее мировое водопотребление в животноводстве (для крупного и мелкого скота) составляет более 100 км3/год.

На водопой крупного рогатого скота при пастбищном содержании расходуется 50 л/сут воды, а при стойловом – 90–100 л/сут. Норма для лошадей колеблется в пределах 5–-60 л/сут, для верблюдов – 100 л/сут, для овец – 6–8 л/сут, для свиней – 50–80 л/сут.

Основной экологической проблемой являются отходы животноводства. При производстве 1 кг говядины образуется 25 кг навоза, 1 кг свинины – 20 кг, 1 л молока – 5 кг. Стадо в 100 тыс. голов крупного рогатого скота загрязняет окружающую среду так же, как город с миллионным населением. В настоящее время в мире около 2 млрд. голов скота. Тем не менее, загрязнения указанного масштаба не происходит вследствие торможения этого процесса преобладающим ныне пастбищным содержанием стада.

Воздействие отходов на окружающую среду проявляется в загрязнении поверхностных и грунтовых вод, почв и растительности, атмосферы.

Животноводческие комплексы и фермы являются мощными загрязнителями поверхностных вод. Попадание в воду огромного количества биогенных и органических веществ вызывает изменение физических и химических показателей, снижает содержание кислорода, изменяет цвет и прозрачность.

Чрезмерное использование отходов в качестве удобрений (внесение навоза, орошение сточными водами) часто увеличивает концентрацию в почве нитратного азота, ухудшение физико-химических свойств почв. Это приводит к разрастанию нитрофильных растений, дающих большую массу, главным образом, сорняков. Дальнейшее просачивание вызывает загрязнение грунтовых вод водорастворимыми солями, нитратами, болезнетворными микроорганизмами, инфицирующими животных и человека бруцеллезом, энцефалитом, гастроэнтеритом и т. д.

Со скотных дворов и хранилищ навоза в атмосферу выделяется 136 различных газов и пахучих веществ. Существенными загрязнителями атмосферы являются аммиак и сероводород.

Заготовка и хранение силосной массы вносит существенный вклад в загрязнение поверхностных и подземных вод. Так в случае недостаточной изоляции силосных ям или при отсутствии сокосборников происходит утечка соков прессованных силосных культур.

2.2.6. Химическая промышленность

На предприятиях нефтехимическая
промышленность" href="/text/category/himicheskaya_i_neftehimicheskaya_promishlennostmz/" rel="bookmark">химической промышленности необработанные исходные материалы нефтяного или минерального происхождения соединяются в полупродукты или конечные продукты посредством химических реакций. Основной продукцией этой отрасли являются удобрения, нефтепродукты, растворители, кислоты, основания и химические промежуточные вещества. О сложности химической промышленности говорит тот факт, что 500 промежуточных химических веществ получают в результате 400 процессов с использованием одного из 10 видов исходного сырья: бензола, бутилена, крезола, этилена, метана, нафталина, парафина, пропилена, толуола и ксилола. Эти органические полупродукты вместе с 100 неорганическими кислотами, солями и основаниями, производимыми химической отраслью, дают более 70 тыс. видов продукции (синтетические волокна, пластмассы, пестициды, красители, пигменты, фармацевтические товары и т. д.). Вместе с побочными продуктами производится от 500 до 600 тыс. синтетических соединений.

Воздействие этой отрасли промышленности на окружающую среду чрезвычайно многообразно и обусловлено огромным количеством технологических процессов и производственных операций, составом сырья, физико-географическими особенностями районов размещения и т. д.

Химическая промышленность является мощным источником воздействия на поверхностные воды. Для данной отрасли характерно значительное изъятие вод, которые используются в производственных процессах, для целей охлаждения, промывки и т. д. Например, затрачивается воды на производство:

·  1т аммиака - 1000 м3;

·  1т синтетического каучука - 2000 м3;

·  1т синтетического волокна - 2500–5000 м3;

·  1т пластмасс - 500–1000 м3.

Факторами загрязнения гидросферы при производстве химических веществ являются:

·  загрязнение воды химикатами и побочными продуктами;

·  дождевой сток с территорий, где размещены промышленные сооружения, резервуарные парки, хранилища сырья и готовой продукции и т. д.;

·  сброс продувочных вод, аварийные разливы и выбросы производимых материалов и т. д.

Типичными загрязнителями поверхностных вод являются: фенолы, спирты, смолы, хлориды, сульфаты, натрий, кальций, аммиак, органические кислоты.

К наиболее значимым газообразным загрязнителям атмосферы с учетом объема их производства и токсичности относятся: хлор, оксиды азота, оксиды серы, хлористый водород, гидросульфид, фтористый водород, дисульфид углерода, фтор и его соединения.

В химической промышленности образуется свыше 800 наименований твердых отходов, из которых полностью или частично используется только третья часть. Твердые отходы представлены остатками сырьевых материалов и полимеров, шламами и осадками, образующимися в очистных сооружениях и системах питания котлоагрегатов, а также при промывке емкостей и резервуаров. Твердые отходы, в зависимости от конкретных условий, содержат разнообразные загрязнители: химические и радиоактивные вещества, патогенные микроорганизмы, вирусы и т. д.

2.2.7. Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность является одной из самых водоемких отраслей народного хозяйства, оказывающих значительное воздействие на поверхностные воды. В России объемы используемой воды в целом по отрасли достигли 2010,3 млн. м3. На эту отрасль приходится около 20 % общего промышленного сброса загрязненных сточных вод в стране.

При используемых в отрасли технологиях около 50 % сырья поступает в отходы в виде загрязненных смесей с водой (древесина и кора, сухие вещества, содержащиеся в последрожжевой бражке, шламы водоочистных сооружений, шламолигнин). Составной частью технологических линий являются сооружения для очистки воды, транспортировки и захоронения отходов, которые занимают большие площади. В аспекте воздействия на окружающую среду важнейшей проблемой целлюлозно-бумажной промышленности признана переработка жидких сульфитных щелоков.

Многие реки преимущественно в северной части нашей страны и в горных районах загрязняются при сплаве леса, в особенности на тех участках, где имеется молевой сплав. До 10 % бревен тонет и остается лежать на дне. На дне же оседает кора, сдирающаяся с бревен при их ударах о камни, друг о друга и оберега. Затонувшая древесина, медленно разлагаясь, поглощает кислород и отравляет воду фенолами, дубильными веществами и другими вредными соединениями. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры.

Хорошо известен пример пагубного воздействия сточных вод (даже в очищенном состоянии) Байкальского целлюлозно-бумажного комбината на животный мир южной части Байкала.