Особливості забруднення поверхневих вод суші

Розрізнюють 3 види забруднення поверхневих вод суші: біологічне, хімічне і фізичне.

Біологічне забруднення створюється мікроорганізмами (в тому числі хвороботворними), а також органічними речовинами, здатними до бродіння. Головне джерело біологічного забруднення поверхневих вод суші та прибережних морських вод - комунально-побутові стоки:

каналізаційний скид, харчові відходи, стічні води підприємств харчової промисловості (бойні, м'ясокомбінати, молочні, сироварні, цукрові заводи і ін.), целюлозно-паперової та хімічної промисловості, а в сільській місцевості - стоки великих тваринницьких комплексів. Біологічне забруднення може стати причиною епідемій холери, черевного тифу, паратифу та інших кишкових інфекцій, а також деяких вірусних захворювань (гепатит). Найбільш оптимальним санітарно-показовим мікроорганізмом води є кишкова паличка (Esccherichia сoli). З одного боку, вона - постійний мешканець кишечнику людини, а з іншого - забруднення вод бактеріями кишкової групи знаходиться в тісному зв'язку з надходженням фекалій, господарсько-побутових стічних вод і т.д., а відповідно і з наявністю патогенних бактерій.

Ступінь біологічного забруднення характеризується такими показниками: Колі-тітр - це найменший об'єм води, який припадає на одну кишкову паличку, а колі-індекс - це абсолютна кількість кишкових паличок в 1 дм³ води. Якщо вода очищена до значення колі-тітру 300 чи колі-індексу 3, вона є нешкідливою і не викликає ніяких епідемічних захворювань (ГОСТ 2874-82). Крім того, використовуються додаткові санітарно-показові організми: протей (мікроб гниття), термофільні (до 80°С) мікроорганізми, бактеріофаги, гідробіологічні одноклітинні і багатоклітинні організми.

З 01.01.2000 р. в Україні діють нові санітарні правила і норми (СанПіН) «Вода питна. Гігієнічні вимоги господарсько-питного водопостачання», затвердженій в 1996 р. Підставою для розробки цих санітарних правила і норм стали ГОСТ 2874-82, проаналізовані міжнародні підходи до нормування окремих показників якості питної води і, частково, рекомендаційні документи ВОЗ (призначені, насамперед, для країн, що розвиваються, що тільки облаштовують свої системи централізованого господарсько-питного водопостачання). У новому документі на відміну від ГОСТ 2874-82 збільшено кількість показників, що нормуються, визначення яких є необхідним для забезпечення якості питної води, нешкідливої і безпечної для здоров'я людини, а також змінений підхід до організації і проведення лабораторного контролю.

Гідробіонти поділяються на: 1) бентос (мешканці дна водойми чи водотоку, а також прикріплені до підводних предметів організми);

2) планктон (мешканці товщі води - від дна водойми до її поверхні);

3) нейстон (організми, які мешкають у поверхневій плівці води); 4) пагон (найпростіші, коловратки, черви, молюски, ракоподібні та ін., які зиму проводять у льоду в стані анабіозу, а весною оживають і продовжують планктонний чи бентосний спосіб життя).

Гідробіонти мають санітарно-показове значення. При оцінці води за шкалою Р. Кольквіца - М. Марсона [35] необхідно враховувати не окремі Організми, а суму видів, які є характерними для даної зони: І - полісапробна (зона дуже сильного забруднення); П - а-мезосапробна і р-мезосапробна (зони середньої забрудненості); Ш - олігосапробна (зона чистої води).

Хімічне забруднення створюється надходженням до поверхневих вод різних токсичних речовин, основними джерелами яких є доменне і сталеливарне виробництва, підприємства кольорової металургії, гірничодобувна, хімічна і нафтопереробна промисловості, а також екстенсивне сільське господарство (яке використовує додаткові мінеральні та людські ресурси, але не можливості технічного прогресу). Крім прямих скидів стічних вод необхідно враховувати також можливість забруднення поверхневих вод під час взаємодії з іншими природними середовищами (атмосферою, педосферою та літосферою). Масштаби забруднення поверхневих вод деякими металами такі: Мп - 262, Zn - 226, Сr - 142, Рb- 138, Ni- 11З, Сu- 112, Аs,Se -41, Sb- 18, V-12, Мо - 11, Сd- 9,4 та Hg- 4,6 тисяч т/рік. Інтенсивно забруднюють поверхневі води целголозно-паперова і нафтопереробна промисловості, у стічних водах яких містяться нафтопродукти, феноли, складні органічні сполуки, хлор, кольорові метали та ін. Наявність НП у водах знижує здатність водних об'єктів до самоочищення. Завислі і розчинені НП розкладаються не скоріше, ніж за 100-150 днів і призводять до порушення природних біологічних процесів у водному середовищі. У останні роки поверхневі води країн колишнього СРСР у 80% випадків спостережень виявились забрудненими ЮТ, у 60% - фенолами і 40% - важкими металами. У поверхневі води суші надходить багато нітратів через нераціональне використання азотних добрив і збільшення викидів автотранспорту; це стосується і фосфатів (добрива, миючі засоби), вуглеводнів (нафта і продукти її переробки). Одним із небезпечних ЗР є синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР), які широко використовуються у побуті для збільшення змочування, піноутворювання. Застосування синтетичних миючих засобів (детергентів) призвело до значного збільшення вмісту фосфатів у річках США і, як наслідок - до інтенсивного розвитку водної рослинності, цвітіння річок, зниження вмісту водорозчинного кисню, паралізації діяльності мікроорганізмів.

Біохімічне споживання кисню (БСК) - показник забруднення органічними речовинами; показує яку кількість кисню потрібно мікроорганізмам для переробки усієї схильної до розкладання органічної речовини у неорганічні сполук протягом декількох діб (наприклад, протягом 5 діб - БСК₅, за вимогами Держстандарту БСК₅ для питної води не повинне перевищувати 3 мг О₂ на 1 дм³ води). Вміст розчиненого кисню - обернено пропорційний БСК (питна вода повинна містити в собі більше 4 мг розчиненого О₂ на 1 дм³).

Хімічне споживання кисню (ХСК) - це кількість кисню (або окислювача у розрахунку на кисень) у мг/дм³, яка потрібна задля повного окислювання органічних речовин, що містяться у пробі, при якій С, Н, S, Р та інші елементи (окрім N), якщо вони присутні в органічній речовині, окислюються до СО₂, Н₂О, SO₄, Р₂O₅, а N перетворюється на амонійну сіль.

Фізичне забруднення поверхневих вод створюється скидом у них тепла і радіоактивних речовин. Теплове забруднення пов'язане, головним чином, з тим, що вода, яка використовується задля охолоджень ТЕС та АЕС, і відповідно близько 1/3 і 1/2 електроенергії, яка виробляється, скидаються в ту ж водойму. Внесок у теплове забруднення додають також і деякі промислові підприємства. Так, з початку цього сторіччя вода у Сені потеплішала більш ніж на 5"С, а багато річок Франції перестали замерзати узимку. У межах Москви на Москва-рікі тепер рідко можна побачити льодинки, а на притоках в районі скидів ТЕЦ спостерігались ополонки з зимуючими на них качками. На деяких річках промислового сходу США іще наприкінці 60-х років вода нагрівалася до 38-48°С.

Забруднювальні речовини у водні об'єкти надходять такими шляхами: із стічними водами населених пунктів, міст, промислових і сільськогосподарських підприємств; з дощами і талими водами в результаті змиву з поверхні грунту побутового бруду, нафтопродуктів, добрив, отрутохімікатів та інших речовин; від водного транспорту і споруд на берегах; безпосередньо з атмосферними опадами, в яких містяться розчинені ЗР від викидів в повітряний басейн.

Зворотна вода - це вода, що повертається за допомогою технічних споруд і засобів із господарської ланки кругообігу води до його природних ланок у вигляді скидної, дренажної і стічної води (ДСТУ 304]-95):

скидна вода - вода, що відводиться із зрошуваних сільськогосподарських угідь і поливних забудованих територій, а також вода, відведена від ділянок, на яких застосовується гідромеханізація;

- дренажна вода - вода, яка профільтрувалась у дренаж із тіла гідротехнічної споруди чи її основи, а також із осушуваного (зрошуваного) земельного масиву;

- стічна вода - вода, що зібралась у процесі господарьско-побутової та виробничної діяльності чи при відведенні наслідку опадів із забудованих територій.

За походженням стічні води поділяються на декілька груп:

1) господарсько-побутові; 2) промислові; 3) поверхневий стік підприємств і населених пунктів; 4) сільськогосподарські; 5) рудникові і шахтні води. Кожна група має свій специфічний склад, в якому переважає певна асоціація ЗР.

Господарсько-побутові стоки містять в собі велику кількість органічних і мінеральних речовин в розчиненому і завислому стані Згідно з нормами (СНиП 2.04.03-84/Канализация. Наружньїе сети й сооружения. - М.,1985) від одного мешканця за добу в каналізаційну систему надходять: 65 г завислих речовин, 70 г органічних речовин, 9 г хлоридів, 8 г азоту амонійного, 3,3 г фосфатів, 2,5 г синтетичних поверхнево-активних речовин (СПАР). Концентрація (мг/дм³) вказаних ЗР залежить від норми скиду в даному населеному пункті і визначається з виразу:

С = a/(n*1000), (7.1)

де а - норма забруднення, г/д на 1 мешканця;

п - питома норма скиду, дм^д на 1 мешканця (СНиП 2.04.02-84/Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.- М.,1985).

Промислові стоки відрізняються великою різноманітністю складу і концентрацій ЗР, що визначається специфікою виробництва і системою водопостачання і водоскиду. На промислових підприємствах до 90% води витрачається на охолоджування продуктів або апаратів і стоки зазнають лише теплового забруднення (І категорія). Іноді води служать як такі, що поглинають і транспортують нерозчинні дисперсні домішки і частково розчинні солі, якими забруднюються (II категорія). Води категорії Ш аналогічні по генезису, але додатково нагріваються при контакті з продуктами. Води категорії IV є безпосередньо реакційним компонентом і забруднені всіма складовими технологічного процесу. Крім того, стічні води підприємств поділяються [35]:

1) за складом (виробничі, побутові, атмосферні);

2) за характером основних ЗР (утримуючі мінеральні, органічні і органо-мінеральні домішки;

3) за концентрацією (слабо концентровані - до 0,5, середньо концентровані 0,5-5, концентрована - 5-30, дуже концентровані - більше за ЗО г/дм³);

4) за агресивністю (сильно кислі рН < 3,0; кислі рН= 3,0-5,0; слабо кислі рИ= 5,0-6,5; нейтральні рН^ 6,5-7,5; слабо лужні рН= 7,5-8,0; лужні рН= 8,5-9,5; сильно лужні рН > 9,5).

Поверхневий стічні води промислових підприємств і населених пунктів формується за рахунок дощових, талих і поливомийних вод. Об'єм поверхневого стоку визначається: інтенсивністю випадання опадів і їх тривалістю; загальною площею міської території і характером її забудови;

рельєфом місцевості. Концентрація і склад ЗР в стічній воді залежить від галузевої приналежності підприємств; загалом переважають завислі речовини (0,1-11,3 г/дм³), органічні речовини, НП, ВМ.

Сільськогосподарські стічні води. У стічних водах тваринницьких комплексів переважають органічні речовини, азот, фосфор; розчинені речовини становлять 20-35%, завислі - 65-80% від загального об'єму. До складу поверхневих стічних вод, зливових і талих вод з полів входять азот, фосфор, калій і отрутохімікати. Винесення біогенних елементів залежить від дози внесення, хімічного складу добрив, об'єму поверхневого стоку і типу Грунтів. Так, при тривалому застосуванні високих доз мінеральних добрив в ґрунтові води надходить до 20% внесеного азоту і 1,5 - 2% фосфору. Винесення отрутохімікатів залежить від доз їх внесення, швидкості розкладання, міграційної здатності, інтенсивності водного стоку, періоду часу між їх внесенням і випаданням атмосферних опадів. Внаслідок надходження колекторно-дренажних вод у водних об'єктах збільшується мінералізація води (передусім за рахунок сульфатів і хлоридів).

Шахтні і рудникові води мають високу мінералізацію, рН < 7, і містять в собі велику кількість рудних елементів, які знаходяться як в рідкій фазі, так і у зависі. Істотним джерелом забруднення водоймищ є поверхневий стічні води з породних і рудних відвалів, територій гірничо-збагачувальних комбінатів,

Вміст ЗР у воді регламентується санітарними нормами і правилами та рибогосподарськими вимогами і вимірюється концентрацією в мг/дм. Характеристикою небезпечності речовини для людини і живих організмів е граничне допустима концентрація (ГДК) і клас шкідливості (1 - надзвичайно шкідливі, П - дуже шкідливі, Ш - шкідливі, IV - помірно шкідливі).

ГДК - максимальні концентрації, при яких речовини не впливають безпосередньо або опосередковано на стан здоров'я населення (при дії на організм продовж всього життя) і не погіршують гігієнічні умови водокористування.

ГДК встанавлюеться за лімітуючою ознакою шкідливості (ЛОШ). Встановлено такі ЛОШ: санітарно-токсикологічна, загальносанітарна, органолептична, рибогосподарська. Таким чином, ГДК — це мінімальні концентрації речовин, при яких проявляється одна з лімітуючих ознак шкідливості. При розрахунках необхідного ступеня очистки стічних вод від ЗР враховують їх адитивну дію. Для речовин тієї ж ЛОШ повинно витримуватись співвідношення:

де С, та ГДК, - відповідно концентрація і-ої речовини в очищених стічних водах і її ГДК, мг/дм.

Гранична допустимий скид (ГДС) - кількість ШР у стічнихводах, максимально допустима для відведення в установленому режимі у певному пункті водного об'єкта за одиницю часу з метою забезпечення норм якості води у контрольному пункті. ГДС розраховується за найбільшими середньогодинними витратами стічних вод (м³) фактичного періоду їх спуску. Концентрація речовин приймається мг/л або мг/м³, а величина ГДС розраховується в грамах на годину (г/год). ГДС визначається за формулою:

Неочищені і частково очищені стічні води, що надходять до водних об'єктів, призводять до зміни їх фізико-хімічних властивостей та забруднення. У забруднених водних об'єктах відбуваються складні процеси, які приводять до відновлення природного стану їх режиму. Сукупність гідродинамічних, біологічних, хімічних і фізичних процесів, які приводять до зниження концентрації ЗР у воді, називається самоочищенням. У багатьох водоймах та водотоках цей процес стає усе більш утрудненим через велику кількість ШР, які надходять і поділяються на: 1) мінеральні (пісок, глина, шлаки, зола, розчини і емульсії солей, кислот, лугів, радіоактивні сполуки); 2) органічні (речовини рослинного і тваринного походження, а також смоли, феноли, спирти, барвники, альдегіди, сірко- та киснеутримуючі сполуки і т.д.); 3) біологічні (хвороботворні бактерії, віруси, збудники інфекцій).

Основними факторами забруднення поверхневих вод України є: 1) недостатньо очищені чи зовсім неочищені комунально-побутові і промислові стічні води, що вміщують органічні речовини, іони ВМ та інші ЗР; 2) нафтопродукти, які надходять з промислових майданчиків та територій міської забудови; 3) зливні й талі води, що містять аналогічні ЗР;

4) змив з сільськогосподарських угідь продуктів мінеральних добрив і отрутохімікатів. І

Обсяги скидання на території України зворотних вод в річки басейнів Чорного і Азовського морів у 2003 р. склали 7689,5 млн. м (в т.ч. неочищених - 785,8 млн. м³, недостатньо очищених - 1705,9 млн. м³). При цьому не враховано надходження ЗР з транзитними водами р. Дніпро, Дністер і Дунай (Кілійське гирло) [34]. ї