Влияние загрязнения воздуха и водного бассейна на природу и аграрное производство, и меры их охраны:
Загрязнение водного бассейна и мероприятия по его охране

автор:

Без води не можна прожити і дня. Вона вгамовує спрагу і зігріває будинки, дає життя полям, заводам, фабрикам, годує і лікує людину. Вода дивовижна, проста і в той же час загадкова, дешева і разом з тим неоціненна.

Вважають, що вода появилася на поверхні нашої планети 3—3,5 млрд. років тому у вигляді парів, внаслідок дегазації мантії. Нині світові запаси води на Землі становлять 1386 млн. м3, з них прісних вод лише 35 млн., більше двох третин цієї кількості знаходиться у твердому стані — льодовики Арктики, Антарктиди і зони вічної мерзлоти.

У рідкому стані більша частина запасів прісної води — 10,5 млн. м3, менше 3% прісної води зосереджено в річках, озерах і водосховищах, які і є традиційними джерелами водопостачання. Вода відіграє важливу роль у процесах обміну речовин, які становлять основу життя. За 70 років життя людини через тканини її організму проходить понад 50 т води. Велике значення вода має у промисловому і сільськогосподарському виробництві.

До найбільш водоємких галузей промисловості належать хімічна і целюлозно-паперова промисловість, чорна і кольорова металургія. Так, на виробництво 1 кг паперу витрачається 100 л води, на 1 т цементу — 4—5, на 1 т сталі — 25 тис. л.

Найбільший великий споживач води — сільське господарство. З 1 га посівів кукурудзи за вегетаційний період витрачається близько 3 тис. т, пшениці — 1,5, капусти — 3, рису — до 20 тис. т води.

У тваринництві при виробництві 1 т м’яса витрачається 20 тис. м3 води. На підприємствах переробки сільськогосподарської продукції на виробництво 1 кг вершкового масла використовують 10 л, а на виробництво 1 т цукру — 100 л води.

Значна кількість води витрачається і при підтриманні санітарно-гігієнічних умов на фермах: для життя тварин, очищення приміщень і їх дезинфекції, підготовки кормів, миття посуду, апаратури тощо. Так, при механізованому доїнні, на напування, миття приміщень, тварин і апаратури на одну голову потрібно 115 л води, свинарнику-комбінаті з їдальнею на одну свиноматку — 234 л на добу.

Обсяги використання води величезні. Внаслідок стрімкого росту населення і розвитку продуктивних сил, забезпечення людства водою стало важливою економічною і екологічною проблемою.

Нині вчені багатьох країн ведуть пошуки нових водних ресурсів. Насамперед це природні льоди, які містять найбільші запаси прісних вод на Землі. їх стільки, що вони могли б накрити всю поверхню земної кулі величезним шаром. Але основна маса їх зосереджена в полярних областях (Арктика й Антарктида) і використання їх у водному господарстві неймовірно складне. Інша справа — льодовики гірських масивів, які часто розміщені поблизу з посушливими сільськогосподарськими районами. Проте вони не дуже віддають свою воду річкам.

Значно кращі справи з опрісненням морської води, запаси якої на планеті величезні. У світі нині працює близько 800 опріснювачів.

Способів опріснення морської води багато, і вчені продовжують пошуки нових. Відомий спосіб дистиляції, тобто випаровування морських вод. Але є і такі, що не потребують ні підігрівання, ні охолодження.

Дослідники створили штучні й іонні смоли, які забезпечують цілковите обезсолення води.

Серед багатьох способів опріснення морської води цікавий і метод заморожування. Тут вся справа в тому, що солона вода замерзає при більш низькій температурі, ніж прісна. Якщо повільно охолоджувати солону воду, то спочатку утворюються кристали прісного льоду, які розморожують і одержують цілком придатну для пиття воду. Ідею буксировки айсбергів до прибережних безводних районів Австралії, Америки і Ближнього Сходу обмірковували давно. Для цього можна користуватися попутними морськими течіями. Так що сама думка про це зовсім не фантастична. В Арктиці, наприклад, відколюється щорічно до 15 тис. айсбергів і більшість з них розтає у полярних водах.

В Арктиці айсберги значно більші, вони досягають сотень кілометрів у довжину і десятків у ширину. Обсяг прісного льоду в них перевищує 850 км3. Це приблизно дорівнює трирічному стоку Волги. Могутнє сучасне судно-атомохід може буксирувати айсберг розміром 10х3 км при висоті 250 м з швидкістю 1 км/год.

Значні запаси прісної води у підземних морях, причому під пустелями -одні з найбільших, наприклад, гігантські комори під Сахарою прісної води знаходяться на глибині 150—200 м, а під Каракумами — 30 м. Проте необхідно відзначити: під землею немає річок і морів у нашому звиклому понятті цих слів, водою насичені окремі породи.

Загроза забруднення водного басейну планети зростає. Забруднення поверхневих або підземних природних вод призводить до зміни їх фізичних властивостей, що шкідливо впливає на людину, природу і сільськогосподарське виробництво.

До джерел забруднення водойм належать в основному стічні води промислових підприємств, господарсько-побутові стоки і змиті з сільськогосподарських угідь добрива, пестициди.

Найбільш поширені інгредієнти промислових забруднень, — хлор, сульфати, сульфіди, фосфор, азот, феноли, нафтопродукти, елементи руд чорних металів — свинець, цинк, мідь, молібден, ртуть та ін.

Всі речовини, що забруднюють води і викликають у них якісні зміни, розподіляються на мінеральні, органічні, бактеріальні й біологічні.

Постачальниками найбільшої кількості мінеральних забруднювачів вважаються промислові підприємства і сільськогосподарське виробництво. Органічне забруднення вод в основному пов’язане з інтенсифікацією сільськогосподарського виробництва, викидами стічних вод промисловими підприємствами певного профілю (целюлозно-паперової промисловості тощо) і міськими побутовими стоками. До бактеріальних і біологічних забруднювачів належать різноманітні мікроорганізми, а також гриби і дрібні водорості.

Мінеральне забруднення — це пісок, глина, попіл і шлаки, розчини емульсій солей, кислот і мінеральних масел та інші неорганічні сполуки. Вони погіршують фізико-хімічні й органолептичні властивості води, викликають отруєння фауни водойм. Менш небезпечне мінеральне забруднення без специфічної токсичної дії — зважені частки піску, глини, інших порід, але і вони погіршують властивості води.

Органічні забруднення містять різноманітні речовини рослинного і тваринного походження (рештки рослин, овочів, плодів, живих тканин тощо). До цієї групи належать: смоли, феноли, барвники, спирти, альдегіди, сірко- і хлорвмісні органічні сполуки, пестициди, що змиваються у водоймах із сільськогосподарських угідь, синтетичні поверхневоактивні речовини та ін.

Біологічні забруднення (хвороботворні бактерії і віруси, збудники інфекцій), надходять у водойми з побутовими стічними водами, а також з тваринницьких ферм і комплексів. Використання такої води для пиття, побутових потреб призводить до захворювання холерою, інфекційним гепатитом, дизентерією, черевним тифом.

Дуже несприятливо на поверхневі й підземні води впливають нафта та її похідні. На поверхні річок і водойм вони утворюють плівки, відклади на дні. З різних джерел у Світовий океан надходить до 10 млн. т нафти та її похідних (1 т нафти, розтікаючись по поверхні води, створює плівку завтовшки від мікронів до 2 см площею близько 12 км2). Нафтова плівка ізолює воду від атмосферного повітря, змінює режими водно-кисневого обміну, знижує інтенсивність випаровування води і порушує екологічну рівновагу у водному середовищі. В річках, затягнених такими плівками, гинуть риби. Нафтові плівки далеко від берега, в морях і океанах нерідко знищують багаточисельні пташині зграї. Птахи, не передбачаючи біди, що їх очікує, сідають на нафтові плями. Пір’я їх злипається і вони не можуть злітати. Крім того, пір’я, що злиплося, перестає бути захисником від холоду і води. Всесвітньо відомий мандрівник Тур Хейердал з болем писав про те, що під час дрейфу на «РА-2», який продовжувався 57 днів, 43 дні вони зустрічали в океані шматки мазуту. Майже на всьому шляху їм траплялися пластикові посудини, плівки, пусті пляшки.

У 1970 р. закінчилося дослідження морських глибин, яке проводилося під керівництвом відомого дослідника підводного царства Жака Іво Кусто. Експедиція тривала 3,5 роки. Вона проводила обстеження майже у всіх океанах і морях земної кулі. Роботи, виконані експедицією, за повідомленням Кусто, свідчать про страшні наслідки забруднення морської води. За 20 років сотні видів риб та інших мешканців морських глибини вже назавжди зникли. Навіть коралів стає все менше і менше. Це прямий наслідок отруєння морських вод численною кількістю відходів, що потрапляють у Світовий океан.

Промислова цивілізація порушила природну рівновагу морського середовища. Між тим, життя на землі людей тісно пов’язане із збереженням життя в океані.

Велику загрозу являють фенольні сполуки. Маючи сильні антисептичні властивості, вони порушують біологічні процеси у воді, надають їй різкого і неприємного запаху й погіршують умови відтворення риби.

Дуже несприятливо на водойми і водотоки впливають стічні води, які містять значну кількість хрому, миш’яку, свинцю, цинку, міді, що надходять з підприємств електрохімічної промисловості, по виробництву пестицидів, рудозбагачувальних фабрик, шахт.

В останні роки спостерігається забруднення природних вод синтетичними поверхнево-активними речовинами (СПАР), які містяться в стічних водах деяких виробництв. Вплив СПАР проявляється на збільшенні у воді присмаків, утворенні стійких скупчень піни, погіршенні її біохімічної очисної здатності. Вже при невеликих концентраціях СПАР у воді припиняється ріст будь-якої рослинності.

До особливого виду належить теплове забруднення. Підвищення температури водного середовища порушує природну екологічну рівновагу і змінює умови життя водних організмів. Це спостерігається при випусканні теплих вод від різних енергетичних установок. При цьому відбувається інтенсифікація випаровування, яка супроводжується збільшенням мінералізації води. Такі процеси призводять до зменшення кількості розчиненого кисню у воді, що негативно впливає на рослинність і живі організми.

Найбільш небезпечні для природних вод, здоров’я людей, тварин і риб різні радіоактивні відходи. Малі організми, які містять ці речовини в невеликій кількості, поглинаються більш великими, в яких нагромаджуються загрозливі концентрації.

Не менш негативно на водні ресурси впливає переробна промисловість АПК. За витратою води на одиницю вироблюваної продукції харчова промисловість посідає одне з перших місць серед галузей народного господарства. До найбільш водомістких галузей належать: цукрова, крохмало-мелясна, пивоварна, консервна і спиртова. Навіть для підприємств, обладнаних системами зворотного водопостачання, витрати свіжої води в декілька разів перевищують обсяги перероблюваної сировини: при переробці 1 т цукрових буряків витрати свіжої води становлять 1,8 м3, плодоовочевої сировини — від 5 до 7, картоплі на крохмаль — 8,7, кукурудзи на крохмаль залежно від технології переробки — від 2,7 до 12,2, ячменю на солод — понад 20 м3 (Склянкін Ю.В., Стичинський С.Л., 1988).

Можливі два напрями зниження витрат на водопостачання підприємств: за рахунок вдосконалення фізико-хімічних, хімічних і біологічних методів очищення стоків, а також за рахунок скорочення забору води і відведення стоків на одиницю продукції внаслідок переходу на замкнену систему зворотного водопостачання.

За складом забруднюючі домішки стічних вод харчової промисловості поділяються на мінеральні й органічні: до перших належать найдрібніші частки ґрунту, піску, глини та інших порід, до других — речовини рослинного походження і техногенні відходи. Стічні води харчової промисловості не містять токсичних речовин. Однак висока концентрація органічних забруднювачів потребує ретельного їх очищення перед скиданням у водойми. Такі стоки погано фільтруються, швидко загнивають, забруднюючи навколишнє середовище продуктами анаеробного бродіння. Неочищені стоки при скиданні значно погіршують властивості води, знижуючи вміст у ній кисню, надаючи неприємного запаху і смаку. При певних концентраціях неочищених стічних вод можуть загинути риба і планктон, а в деяких випадках бурхливо розмножуватися синьо-зелені водорості.

Таким чином, стічні води підприємств, що переробляють рослинну сировину у великих обсягах, представляють значну загрозу для навколишнього середовища.

Для очищення стічних вод влаштовують відстійники і поля фільтрації. Ефективніше такі води можна використовувати в землеробстві на полях зрошення, при цьому відбуватиметься їх очистка і підвищення родючості ґрунту. Одночасно забезпечується охорона поверхневих (вод від забруднення, бо поля зрошення знижують до мінімуму можливість викидання стічних вод у водойми. При зрошенні сільськогосподарських угідь стічними водами в ґрунті руйнуються органічні речовини, перетворюючись у сполуки, доступні для кореневого живлення рослин.

Застосування стічних вод для зрошення дає можливість більш економно ставитися до водних ресурсів прісних вод і сприяє інтенсифікації сільськогосподарського виробництва при суттєвій економії мінеральних і органічних добрив.

Очищення стічних вод — процес дорогий і дуже складний, а головне, — недостатньо ефективний. Найбільш досконалий метод очищає стічні води не більше як на 85—90%, а 5—20% найбільш стійких забруднюючих домішок залишаються і надходять у природні водойми.

Радикальним вирішенням проблеми може бути тільки впровадження безстічних виробництв, у тому числі заснованих на безводних технологічних процесах. Цей напрям і є основним в удосконаленні водного господарства промислових підприємств.

Однак більш прогресивним напрямом екологізації виробництва є не тільки видалення і нейтралізація відходів, скільки запобігання їх утворенню. В цьому випадку виявляється інша роль очисних споруд. З кінцевої ланки технологічного процесу вони перетворюються в проміжне, мета якого — підготовка раніше невикористаних відходів до виробничого споживання. Докладно цю проблему висвітлено в передостанньому розділі цього видання.

Проблема охорони водних ресурсів має довгу історію. Ще Петро І розробляв заходи по охороні води. Існують укази Петра І, згідно з якими винуватців у забрудненні річки Неви суворо карали. За скидання сміття у води Неви солдати підлягали фізичному покаранню і висланню, а офіцери — штрафу і, при повторних випадках, — розжалуванню в рядові. Тоді ж Петро І заборонив проїзд по льоду каналів Петербурга на конях, «дабы не допустить загрязнения водоемов конским навозом».

Нині практика пропонує багато технічних рішень підвищення рівня охорони води. Це, насамперед, розробка маловодних і безстічних процесів технологічних замкнених циклів водоспоживання, технологічних систем комплексного використання сировини і відходів виробництва, принципово нових мало- і безвідходних технологічних процесів.

Води, забруднені пестицидами, можна очищати за допомогою сапрофітних мікроорганізмів. Для цього необхідно будувати водозбірники і розміщувати в них рослинні рештки. Вода тут аерується і після 3—6-місячного барбатирування стає пригодною для зрошення. При цьому здійснюється не тільки очищення стікаючих з полів вод від пестицидів, але й різко зменшується їх міграція на великі відстані, що запобігає забрудненню чистих природних вододжерел (Лебедєв Г.В., 1988).

До заходів, що знижують забруднення водного середовища біосфери, належать такі:

  • створення маловодної або безвідходної технології промислового виробництва із замкненими водозворотними схемами, які включають проміжне очищення або охолодження води й утилізацію відходів;
  • удосконалення технологічних процесів для зниження обсягів відходів із захороненням у земних надрах зневоднених або концентрованих розчинів забруднювачів;
  • використання різних методів очищення стічних вод, забруднених промисловими і побутовими відходами;
  • зниження надмірної хімізації сільськогосподарського виробництва і лісового господарства, головним чином, за рахунок розширення області застосування і збільшення ефективності, біологічних та інших агротехнічних заходів, що забезпечують захист рослин від шкідників, хвороб і бур’янів;
  • удосконалення конструкцій танкерів, експлуатації річкового і морського флотів, технології морського видобування нафти, реалізація заходів по очищенню акваторій морських і річкових портів від нафтозабруднювачів.

Стічні води, забруднені промисловими і побутовими відходами, очищують механічними, хімічними, фізико-хімічними і біохімічними способами. Механічне очищення (відстоювання, проціджування, фільтрація і центрифугування стічних вод) застосовують для відокремлення нерозчинених речовин, а хімічну і фізико-хімічну — переважно для виділення із стічних вод колоїдних і розчинених забруднювачів. При хімічному очищенні використовують процеси коагуляції і нейтралізації, а фізико-хімічне очищення ґрунтується на процесах сорбції, флотації, електрохімічного окислення. Біохімічне очищення застосовують для стічних вод, вже очищених від мінеральних і нерозчинних органічних речовин. При цьому використовують здатність деяких мікроорганізмів вживати і перетворювати органічні забруднювачі, які знаходяться в стічних водах, у колоїдному чи розчиненому стані.

Важливим напрямом охорони вод є створення на промислових об’єктах безстічного водозабезпечення. Воно має два напрями.

Перший — включає традиційні технічні прийоми і методи скорочення водоспоживання і охорони водних джерел від забруднення промисловими стічними водами, які можуть бути використані при створенні безстічних систем. Насамперед це відноситься до зворотного водопостачання і повітряного охолодження, а також до всіх наявних методів очищення і глибокого очищення стічних вод (механічної, біохімічної, електродіалізу, термічної обробки тощо). Сюди ж можна віднести і створення роздільної каналізації для стічних вод різного складу; кооперування промислових об’єктів для передачі використаних вод від споживачів з більш високими вимогами до якості вод, до споживачів з більш низькими вимогами; необхідність підвищення технічної культури виробництва, яка виключає аварійні викиди, втрати і витоки за рахунок несправного обладнання; організацію прибирання приміщень.

Другий напрям об’єднує технологічні рішення, визначені тільки специфікою виробництва, характером переробної сировини і продукції, що виробляється. В цьому випадку скорочення водоспоживання і зменшення кількості забруднених у виробництві вод досягає за рахунок інтенсифікації виробничих процесів, максимального виходу продукції ї мінімальної кількості відходів, переходу на нову технологію із заміною водомістких процесів безводними або маловодними, за рахунок скорочення технологічних стадій, збільшення потужності виробничих агрегатів, комплексного використання сировини, очищення стічних вод у місцях їх утворення, повного видалення всіх компонентів з виробничих вод, впровадження систем управління і контрольно-вимірювальних приладів тощо.

Прогресивність нових технологічних систем водозабезпечення визначається тим, наскільки в них зменшилося порівняно з раніше діючими водоспоживання і кількість стічних вод та їх забруднення.

Що ж зроблено і робиться на промислових об’єктах у різних галузях народного господарства по впровадженню прогресивних технологій, які забезпечують екологізацію водозабезпечення?

Велика увага приділяється заходам по запобіганню евтрофікації водних об’єктів. Одним з них є заміна фосфорвмісних миючих речовин безфосфорними. Одержані нові сполуки (наприклад, на базі янтарної кислоти і натрієвої солі сульфокарбонової кислоти) не поступаються за своїми миючими якостями фосфорвмісним детергентам. Ступінь їх біологічного розпаду становить не менше 70%, токсичність відсутня навіть при концентрації до 10 мг/л.

Вивчається можливість підвищення ефективності вилучення фосфору й азоту на спорудах біологічної очистки. Нині на еаротенках забезпечується видалення із стічних вод тільки 30—35%; азоту і 10—40% фосфору. Дослідження показали, що для більш повного вилучення сполук фосфору біологічна очистка необхідна або має доповнюватися іншими процесами чи замінюватися хімічними або електрохімічними (наприклад, зворотним осмосом, іонним обміном, хімічною сорбцією).

Найбільш перспективним для очищення стічних вод від сполук фосфору є комбінований біолого-хімічний метод, що поєднує біологічну очистку з хімічним осадженням фосфору.

Для видалення сполук азоту, який пройшов попередню біологічну очистку міських стічних вод, перспективно і економічно вигідно використовувати іонний обмін на природному цеоліті. При фільтруванні через нього стічних вод ефективність видалення амонійного азоту становить 95—97%.

Одним з досить дешевих і перспективних методів видалення елементів з міських стійких вод є використання біологічних ставків з інокулюванням їх культурою протокових водоростей. Влітку таким способом можна видалити до 90% азоту. Одночасно здійснюється доочищення стічних вод від інших забруднюючих речовин. Недоліки методу полягають у його сезонності й необхідності мати великі площі під ставки. Однак їх можна частково усунути, застосувавши штучну аерацію.

Очищені міські стічні води можна використовувати для поливу приміських полів зрошення. При цьому наявність у них біогенних елементів стає позитивним фактором, бо дає можливість зменшити витрати добрив.

Складніше запобігти евтрофікації водних об’єктів стоками із сільськогосподарських угідь. Необхідний комплекс заходів, що забезпечує зменшення змивання добрив з полів. Цьому сприяє використання гранульованих добрив, раціональне поєднання кількості й виду мінеральних і органічних добрив, що вносяться.

При внесенні добрив взимку або навесні на поверхню снігу чи на невідталий ґрунт змив біогенних елементів у водойми дуже значний. При удобренні відталого ґрунту змив азоту з угідь зменшується до 16% від внесеної кількості, а фосфору — до 0,4%. Вимивання добрив стає незначним при внесенні їх під зяблеву оранку.

Суттєве зменшення внесення біогенних елементів з полів досягається при широкому використанні бактеріальних добрив.

На зрошуваних землях зменшенню внесення біогенних елементів сприяє дотримання норм поливу. Рекомендується створювати в ярах та інших пониженнях рельєфу акумулюючі ємкості, які дають можливість затримувати зворотні води на 3—5 днів (залежно від кліматичних умов). За цей період здійснюється трансформація амонійних сполук і нітритів до нітратів, які легко засвоюються водоростями і вищою водною рослинністю, спеціально вегетуючих у підготовлених екосистемах.

При фітомеліорації водних об’єктів, крім видалення біогенів, досягається очищення води від токсичних речовин. Для ліквідації забруднення водних об’єктів біогенами, що знаходяться в стічних водах рибних господарств, застосовують систему реновації води і створення замкнених циклів.

Найважливіші заходи по охороні вод у сільському господарстві такі: розміщення посівів культур з урахуванням водозабезпеченості річкових басейнів, областей і районів; оптимізація використання мінеральних добрив і пестицидів для забезпечення належного рівня сільськогосподарського виробництва і запобігання забрудненню поверхневих і підземних вод; скорочення зрошувальних і поливних норм; зменшення втрат на фільтрацію, випаровування і непродуктивні викиди; впровадження найбільш прогресивних (аерозольних, крапельних та ін.) способів поливу; освоєння нових прийомів і техніки водокористування; впровадження прогресивних водних режимів; подальший розвиток, розробка і впровадження меліоративних систем двосторонньої Дії з частково замкненою циркуляцією води; проведення заходів по охороні малих річок, у тому числі підтримання в них необхідних санітарних витрат і забезпечення самоочисної здатності; проведення лісоохоронних заходів, які спрямовані на кількісне і якісне регулювання водних ресурсів.

Для оцінки ступеня забруднення вод проводять аналіз їх якості на водоймах і водостоках на вміст БПК, фенолів, нафтопродуктів, металів тощо. Для водойм визначають класність по гідробіологічних показниках і потенціал самоочищення. Як еталон стану водних ресурсів приймають ГДК.

Проводять характеристику основних джерел забруднення, стан і наявність очисних споруд, їх потужність і ефективність роботи; розміщення по території; експлуатація стічних вод; дотримання норм ГДК на випуску.

Ступінь зміни якості водних ресурсів території знаходиться в прямій залежності від способів ведення господарства і заходів, які. передбачаються для їх раціонального використання і охорони.

Для характеристики зміни стану поверхневих вод за ретроспективний період слід встановити: кількісну зміну вод у водостоках і водоймах; зміну якості води, ступінь її забруднення порівняно з ГДК. Прогнозують на перспективу кількісні та якісні зміни вод з урахуванням факторів, що впливають на них.

Сучасний і прогнозний стан підземних вод оцінюють по змінах: рівнів підземних вод і їх запасів; якості вод залежно від їх забруднення.

З урахуванням зміни стану поверхневих і підземних вод їх оцінюють за ступенем придатності для різних видів використання, санітарно-гігієнічним, технологічним і екологічним вимогам.