Загрязнение подземных вод суши

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Подземные воды - составляющая часть геологической среды

1.1 Взаимосвязь подземной гидросферы с окружающей средой

1.2 Влияние окружающей среды на качество подземных вод

Г лава 2. Загрязнение подземных вод суши

2.1 Источники загрязнения подземных вод суши

2.2 Последствия загрязнения подземных вод суши

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Загрязнение подземных вод также может быть обусловлено как антропогенными факторами, так и влиянием природных факторов: содержанием в воде повышенных концентраций природного стабильного стронция или железа, загрязнением подземных вод в результате природных катастроф (извержение вулканов, землетрясения и др.). [5]

Наиболее подвержены загрязнению подземные воды, приуроченные к зоне активного водообмена; это преимущественно пресные воды с минерализацией до 1 г/л. Наиболее подвержен загрязнению горизонт грунтовых вод, залегающий первым от поверхности. [8]

Существуют две, в некотором роде предельные, оценки загрязнения подземных вод (ПВ):

* нижний предел определяется по фоновым концентрациям химических ингредиентов, содержащихся в ПВ и характеризующих их природный химический состав. В некоторых случаях установить фоновые концентрации по природным показателям невозможно, как это происходит при оценке загрязнения ПВ радионуклидами чернобыльского происхождения, когда за исходный техногенный фон принимаются значения концентраций радионуклидов после испытания ядерного оружия, сложившийся до аварии на Чернобыльской атомной станции;

* верхний предел определяется по значениям предельных допустимых концентраций (ПДК) химических элементов, содержащихся в ПВ. Значения ПДК для всех нормируемых веществ приведены в СанПин 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Количество нормируемых веществ в данном документе порядка 1500, включая химические элементы природного (макрокомпоненты, тяжелые металлы и др.) и искусственного (СПАВ, пестициды, нефтепродукты и др.) происхождения. [11]

В.М. Гольдберг загрязнение ПВ определяет следующим образом: это вызванные хозяйственной деятельностью изменения качества воды (физических, химических, биологических свойств) по сравнению с естественным состоянием и нормами качества воды по видам водопользования, которые делают эту воду частично или полностью непригодной для использования по целевому назначению. [25]

Сегодня каждый пятый человек в мире не имеет в своем распоряжении чистой питьевой воды. Каждый второй употребляет воду, не прошедшую адекватной очистки. Около 2 млрд. человек живут в неудовлетворительных санитарных условиях, 3 млн. детей умирают ежегодно от употребления зараженной болезнетворными микроорганизмами воды, 80 % болезней в развивающихся странах происходит от грязной воды. [14]

Интенсивное развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привело к значительному загрязнению гидросферы. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) около 80% всех инфекционных болезней мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Загрязнение поверхности водоёмов плёнками масла, жиров, смазочных материалов препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает насыщенность воды кислородом и окачивает отрицательное влияние на состояние фитопланктона и является причиной массовой гибели рыбы и птиц. По данным ООН, в мире выпускается до 1 млн. наименований продукции, из которых 100 тыс. являются химическими соединениями, в том числе 15 тыс. являются потенциальными токсикантами. По экспертным оценкам, до 80% всех химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадают в водоисточники. 10]

Объект исследования: подземные воды суши.

Предмет исследования: последствия загрязнения подземных вод суши.

Цель исследования: изучить особенности загрязнений подземных вод и их последствия.

Задачи исследования:

1. Изучить взаимосвязь подземной гидросферы с окружающей средой.

2. Рассмотреть влияние окружающей среды на качество подземных вод.

3. Анализировать источники загрязнения подземных вод суши.

4. Изучить последствия загрязнения подземных вод суши.

Методы исследования: анализ литературных источников по данной теме, обобщение, абстрагирование, синтез.

Структура работы. Работа написана на 44 листах печатного текста. Работа содержит введение, 2 главы, включающих в себя параграфы, заключение и список использованной литературы.

ГЛАВА 1. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ - СОСТАВЛЯЮЩАЯ ЧАСТЬ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

1.1 Взаимосвязь подземной гидросферы с окружающей средой

Наиболее тесной является связь подземной гидросферы с литосферой. Подземные воды участвовали и участвуют во всех геологических процессах, происходящих в недрах Земли. Подземные воды (ПВ) играют чрезвычайно важную роль в различных магматических процессах. Обладая высокой энергией активации, они оказывают влияние на фазовые равновесия в магматических системах и на физические свойства силикатных расплавов, определяя таким образом процессы образования и дифференциации магматического вещества. Они являются одним из основных энергетических источников магматизма, вызывают существенное изменение физических свойств магмы, а также являются ее главным летучим компонентом; присутствие ПВ - одна из вероятных причин плавления мантийного вещества, они определяют процесс кристаллизации магм, а также изменяют течение магматического процесса в земной коре. [3]

Велика роль ПВ и в вулканических процессах. Парогазовая фаза воды сопровождает извержения всех современных вулканов. Процессом, тесно связанным с вулканизмом, является гидротермальная деятельность, активно проявляющаяся в районах современного и недавнего вулканизма. Вулканический процесс порождает две основные группы вод: вулканические, представляющие конденсаты летучих веществ из реальной магмы на поверхности Земли или на небольших глубинах, и магматические (вулканогенные) - воды, формирующиеся в гидротермальных системах. [21]

Основополагающей является роль ПВ в осадочном породообразовании и метаморфизме. Седиментогенез, литогенез, метаморфизм - комплекс геологических процессов, протекающих в водной среде или с участием воды.

Начинается эта последовательность процессов с преобразования земной поверхности. Воздействие воды на лик Земли проявляется механической работой, т.е. извлечением, транспортировкой и переотложением твердых минеральных частиц. Механическая деятельность воды включает следующие главные процессы: вымывание и перенос минеральных частиц текучими водами (твердый сток) и вынос частиц породы фильтрующимися подземными водами (суффозию). При метаморфических процессах вода выполняет комплекс важных функций: влияет на изменение давления, обусловливая соответствующее течение метаморфизма; понижает температуру метаморфических преобразований; многократно ускоряет ход этих преобразований; увеличивает кристаллизационную способность минералов в ходе метаморфизма; выступает в роли активного растворителя химических соединений, участвующих в метаморфизме. В процессе геохимического цикла вода, разлагаясь и синтезируясь, производит огромную геологическую работу.

Образование всех глинистых и карбонатных толщ, метаморфических пород или метасоматических гранитов - результат деятельности воды. [19]

Участие воды в сейсмических процессах выражается в степени обводненности пород в очагах землетрясений и влиянии на деформационные процессы. Поскольку очаговые зоны чаще всего связаны с крупными разломами или узлами их пересечения, они должны отличаться повышенной обводненностью от соседних, менее нарушенных участков. Механизм деформаций должен развиваться быстрее в более влажной породе. Вода влияет на процесс подготовки землетрясения, так как снижает пороговую величину тектонического напряжения, необходимую для сейсмического разрыва. Это подтверждается на примере возбужденных землетрясений, вызванных инженерной деятельностью человека. Возбужденные землетрясения возникают при заполнении крупных водохранилищ («плотинные» землетрясения), нагнетании воды через скважины в глубокие горизонты, эксплуатации нефтегазовых месторождений и др. Наибольшее внимание привлекают «плотинные» землетрясения.

Чаще всего возбужденная сейсмичность проявляется при глубине воды в водохранилище более 50-100 м. Наблюдается корреляция между уровнем воды в водохранилище и количеством толчков, при этом сильные землетрясения обычно соответствуют периоду наиболее быстрого подъема уровня вод. [7]

Механизм землетрясений на нефтегазовых месторождениях связывают, прежде всего, со снижением пластовых давлений при добыче нефти или газа и последующим его восстановлением в случае нагнетания воды при законтурном заводнении. Направленное изменение режима ПВ можно использовать как средство регулирования землетрясений. Выполняя важную роль в тектонических и сейсмических процессах, ПВ являются фактором, ухудшающим сейсмические условия территории, они оказывают влияние на скорости распространения продольных и поперечных упругих волн и сейсмическую жесткость горных пород и грунтов. Изменение физических показателей обводненности горных пород определяет особенности распространения волн упругих колебаний, воздействующих на инженерные сооружения. Когда режимные отклонения проявляются до толчков, можно говорить о наличии гидрогеологических предвестников землетрясений. [20]

Различают три группы гидрогеологических предвестников: гидродинамические (изменения напора ПВ, их дебитов и фильтрационных характеристик пород); гидрогеохимические (вариации ионно-солевого, микрокомпонентного и изотопного составов ПВ и газов могут отражать определенные стадии подготовки землетрясений) и гидрогеотермические (изменения направления переноса тепла от горизонтов более нагретых к более холодным). Весьма значительные отклонения от фона наблюдаются в подземной гидросфере вслед за разрядкой тектонических напряжений, при этом нарушения в подземной гидросфере после землетрясения развиваются на более обширной площади, чем при подготовке землетрясений. Возникающие отклонения режима подземных вод фиксируются в виде различных гидродинамических, гидрогеохимических и гидрогеотермических аномалий. [24]

Термодинамический анализ процессов взаимодействия ПВ с породами в зоне гипергенеза показывает, что им свойственна высокая неравновесность; в результате происходит разрушение пород путем химического выветривания с последующим переносом (подземный химический сток) продуктов разрушения (подземная химическая денудация). Конкретными проявлениями химического выветривания по отношению к породообразующим минералам (силикатам, карбонатам и др.) являются выщелачивание, растворение, окисление и гидролиз. Эти процессы наряду с высокой интенсивностью водообмена определяют активный вынос веществ, масса которых эквивалентна массе горных пород, претерпевающих при этом изменение или полное разрушение. [17]

Химическая денудация сопровождается механической, обе они являются составляющими одного процесса: интенсивной механической денудации должно предшествовать увеличение химического выноса цементирующих веществ. Оба типа денудации тесно связаны между собой. Их совместное действие приводит к выносу с континентов огромных количеств растворенных и твердых веществ и значительным преобразованиям земной поверхности. [1]

Поведение воды - динамичного вещества и хорошего проводника тепла имеет важное значение в процессе криогенеза. Воздействие воды на криогенные процессы определяется контрастным различием объемов воды в жидкой и твердой фазах; характером взаимодействия мерзлых пород с водой; активным перераспределением тепловой энергии ПВ; изменением физических свойств пород при переходе воды из жидкой фазы в твердую. Контрастное увеличение объема воды при ее переходе в лед влечет за собой рост объема водовмещающих пород, в результате образуются бугры пучения. Термокарст - вытаивание подземных льдов, сопровождается просадками земли, в результате которых образуются воронки, провалы, ложбины, блюдцеобразные понижения и т.п. В криолитосфере формируются над-, меж- и подмерзлотные воды с различным агрегатным состоянием воды и соответственно с разным влиянием на мерзлые породы. Криогенные процессы оказывают значительное влияние на изменение химического состава ПВ, контролируемого многими факторами: температурой, скоростью охлаждения, литологией вмещающих пород, соотношением отдельных компонентов, общей соленасыщенностью. [6]

Подземная гидросфера является резервуаром, в котором формируются и разрушаются месторождения полезных ископаемых.

Вода, с одной стороны, выступает носителем химических элементов и при благоприятных условиях порождает их скопления, с другой - она меняет и разрушает залежи - соляные, нефтегазовые, рудные и др. ПВ участвуют в формировании и разрушении следующих типов месторождений:

- эндогенных и метаморфогенных месторождений труднорастворимых рудных залежей, сформированных при участии гидротермальных растворов;

- экзогенных месторождений зоны выветривания, образовавшихся в результате гипергенного минералообразования при растворении и выносе водами минеральной массы горных пород и накоплении в остаточных продуктах;

- осадочных скоплений легкорастворимых (соляных) пород, сформированных в бассейнах седиментации и подверженных процессам разрушения ПВ;

- залежей нефти и газа;

- эндогенных метаморфогенных и экзогенных месторождений труднорастворимых рудных и нерудных залежей, образование и разрушение которых связано с биогенной миграцией (каустобиолитов) и механическим разрушением (россыпные месторождения) с участием подземных и поверхностных вод. [2]

Вода является не только основным реагентом процессов фотосинтеза, но и ведущим фактором формирования всей ландшафтной оболочки, типовой состав которой определяется ежегодной продукцией живого вещества и биомассой. Влияние степени увлажнения хорошо прослеживается на характере растительности, биологической продуктивности ландшафтов и характере почвообразования. [10]

Грунтовые воды (ГВ), залегающие неглубоко от поверхности земли, активно участвуют в почвообразовательном процессе. Они могут быть источником поступления в почву минеральных солей, а также служить причиной заболачивания и вторичного засоления почв. Под влиянием ГВ формируются гидроморфные почвы. Вода участвует в физико-химических, биологических и водно-физических процессах почвообразования: оглинении, латеритизации, лессиваже, оподзоливании, ожелезнении, заболачивании, оглеении, засолении, осолонцевании, осолодении, гумусообразовании и торфообразовании. Вода является одной из трех составляющих почвы наряду с твердой и газообразной. От содержания влаги в почве зависит скорость выветривания горных пород, интенсивность физических, химических, физико-химических и биологических процессов. Количество воды влияет на образование структуры почв, их физико-механические свойства, предопределяет качество обработки и затраты энергии на нее. Передвигаясь в почве, вода переносит с собой многие растворенные и взвешенные вещества. Она необходима для жизнедеятельности микроорганизмов, является важным фактором почвообразования. [3]

А.И. Перельман называл воду «кровью ландшафта», поскольку она находится во взаимодействиях с организмами, горными породами и атмосферой. Природные воды представляют собой сочетание истинных (ионных и молекулярных) и коллоидных растворов и суспензий. Ландшафты характеризуются круговоротом воды, сравнимым с единым биологическим круговоротом атомов. Вода выполняет химическую работу (растворение, выщелачивание и др.), но эта работа осуществляется преимущественно за счет биогенной энергии: или за счет организмов, находящихся в данной воде, или за счет продуктов их жизнедеятельности. [22]

Активность ГВ зависит от их подвижности. С этой точки зрения, различают поровые воды и свободные гравитационные воды. Поровые воды, к которым относятся почвенные, иловые и горные (поровые) растворы, относительно неподвижны. Они связаны с твердой фазой поверхностными силами капиллярного или коллоидного характера (пленочная, капиллярная вода и т.д.). Свободные гравитационные воды находятся в трещинах, крупных порах и полостях. Они легко стекают под влиянием силы тяжести, относительно быстро перемещаются по водоносным горизонтам. Водная миграция в ландшафтах осуществляется диффузией или фильтрацией. Диффузия имеет место в застойных или очень малоподвижных водах (болотные и иловые воды, частично растворы элювиальных почв, коры выветривания, водоносных горизонтов). [4]

Подземным водам принадлежит большая роль в накоплении органического вещества в недрах Земли. Захороняющееся в бассейнах седиментации органическое вещество в историческом геологическом масштабе проходит следующие этапы: окисляется до образования СО2; растворяется в ПВ в форме разнообразных органических кислот, фенолов, углеводородов и других соединений; участвует в новообразовании нефтяных и газовых продуктов; концентрируется в горных породах. Из всех компонентов горных пород наиболее интенсивно изменяется органическое вещество. По мере роста давления и температуры оно метаморфизуется с выделением воды, газов биохимического генезиса, органических кислот и других соединений. [25]

Обращают на себя внимание весьма значительные количества углекислоты, сероводорода, аммиака и углеводородных газов, выделяющиеся при разложении органического вещества и поступающие в ПВ. Биогенная углекислота только частично накапливается в ПВ, основная ее масса вступает в соединение с минеральным комплексом пород и образует гидрокарбонат-ион. При наличии даже небольшого количества органического вещества метан и другие углеводороды способны переходить в свободное состояние.

При отсутствии окислителей метан начинает преобладать в газовой фазе, поэтому ПВ глубоких горизонтов являются преимущественно метановыми даже в случае относительной бедности пород органикой. Таким образом, живое вещество разлагает воду на составные части, в процессе своей жизнедеятельности и отмирания, активно меняя ее свойства и состав. Вода, заряжаясь биогенной энергией и реакционноспособным органическим веществом, становится еще более активным агентом разрушения и преобразования горных пород, активизирует все процессы литогенеза и метаморфизма. В этом смысле важны не только почвенное и биогенное звенья гидрологического круговорота, но и геологический круговорот; с водой происходит перенос энергии живого вещества на большие глубины - в зону распространения абиогенных процессов. [16]

Одним из важных моментов влияния ПВ на окружающую среду является водоотбор подземных вод. Воздействие водоотбора проявляется в изменении водного режима ландшафтов и касается, главным образом, растительности и поверхностного стока. По данным А.А. Жорова, степень чувствительности лесных сообществ к уровню (глубине залегания) грунтовых вод (УГВ) зависит от возраста деревьев. С увеличением возраста до 40-80 лет приспособляемость деревьев к изменениям уровня фунтовых вод ухудшается, причем прирост корней после понижения УГВ возможен только у деревьев моложе 80 лет. При неглубоком залегании УГВ его снижение даже на 0,1-0,2 м приводит к потере природоохранного значения многоярусных лесов и лесов, произрастающих на болотах. Отмечается зависимость состава растительных сообществ от УГВ. На преобразование лесных ландшафтов может влиять скорость снижения УГВ: при скорости снижения УГВ порядка 20-30 см/год приспособиться могут растения в возрасте до 80 лет, при большей скорости большая вероятность, что эти деревья могут погибнуть. Хорошая дренированность лесных территорий способствует увеличению продуктивности лесов, снижению их заболеваемости. [5]

Урожайность различных культурных растений зависит от последствий понижения или повышения УГВ, когда главными факторами урожайности являются эвапотранспирация и положение УГВ. При осушении болот происходит резкое изменение гидрогеохимической обстановки на осушаемых массивах и связанное с этим изменение биологической ситуации уникальных экосистем. Водоотбор вызывает уменьшение поверхностного и подземного стоков, особенно это опасно для водосборных бассейнов малых рек. Изменение поверхностного стока может привести к исключению процесса затопления пойм, что отрицательно скажется на формировании лугов и стад рыб, связанных с выращиванием молоди на мелководьях, а также может способствовать негативным изменениям водного баланса всего водосборного бассейна. Уменьшение подземного стока в озера может привести к их обмелению и повышению уровня их эвтрофикации, снижению продуктивности воспроизводства рыбы. [11]

При отборе ПВ происходят изменения напряженного состояния и осадки в массиве водонасыщенных горных пород, приводящие к оседанию поверхности земли. Большой отбор воды из неглубокозалегающих водоносных горизонтов может привести к значительным оседаниям поверхности земли - до нескольких метров. В закарстованных породах при водоотборе может происходить интенсификация суффозионных процессов, способствующая формированию крупных карстовых полостей с последующим их обрушением. [6]

1.2 Влияние окружающей среды на качество подземных вод

Загрязнение ПВ происходит не только непосредственно от техногенного источника загрязнения, но и через другие компоненты окружающей среды: поверхностную гидросферу, атмосферу, литосферу (почвы и породы зоны аэрации), а также биосферу, которые в этом случае являются вторичными источниками загрязнения подземной гидросферы. Тесная взаимосвязь поверхностных и подземных вод в районах расположения водозаборов в речных долинах и водозаборов, эксплуатирующих совместно поверхностные и подземные воды, в случаях загрязнения поверхностных вод приводит к загрязнению ПВ. Проникновение загрязнения из речных вод в водоносные горизонты пресных ПВ происходит за счет боковой фильтрации со стороны берега и вертикальной фильтрации с поверхности земли при затоплении поймы и низких террас в паводковый период. Загрязнение в районах инфильтрационных водозаборов носит линейный характер и прослеживается вдоль долины реки в зоне действия водозабора. [23]

В свою очередь загрязненные ПВ могут влиять на качество поверхностных вод в районах их разгрузки в речную сеть и поверхностные водоемы. Реки, разгружаясь в моря, переносят загрязняющие вещества (ЗВ) в шельфовую зону, где происходит их накопление и переработка. Таким образом, шельф является буферной санитарной зоной на пути ЗВ, поступающих с поверхностным и подземным стоками с водосборных бассейнов рек. Но с другой стороны, ЗВ, накопленные в этой зоне, могут попасть обратно в ПВ в случаях интрузии морских вод в водоносные горизонты, обеспечивая при этом круговорот ЗВ в системе поверхностные воды - подземные воды. [7]

Загрязнение атмосферы и атмосферных осадков оказывает влияние на почвы, поверхностные и подземные воды. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми природными (вулканы) и техногенными (промышленные предприятия, нефтегазодобывающая промышленность, объекты энергетики, транспорт и т.д.) источниками загрязнения, являются оксиды серы, азота, углерода и углеводороды. В целом по городам России средние концентрации диоксида азота, сероуглерода, формальдегида и бензапирена превышают значения ПДК в несколько раз. [19]

По данным, в среднем за 2011 г. концентрации взвешенных частиц в воздухе превышали ПДК в 66 городах, бензапирена - 131 городе, формальдегида - 109 городах, диоксида азота - 100 городах, фенола - 25 городах, сероуглерода - в 9 городах. На Европейской территории России (ЕТР) среднегодовая концентрация сульфатов в атмосферных осадках сохраняется на высоком уровне (Центр ЕТР - 9, 57 мг/л). Диапазон колебаний концентраций нитратионов составил 1,76-3,66 мг/л, в то время как на Азиатской территории России (АТР) - 0,48-1,94 мг/л; а влажных выпадений серы: на ЕТР - 0,77 до 1,86 г/м2, на АТР - от 0,59 до 0,88 т/и2. Интервал варьирования средних значений рН по регионам Российской Федерации составляет от 5,3-5,4 на Дальнем Востоке и побережье Арктики до 6,3 на юге Западной Сибири и на Урале. На ЕТР минимальные значения рН, равные 4,9, соответствуют Мурманску, максимальные - до 6,9 - приурочены к районам Тулы и Масальска, среднее значение рН равно 6,0. Единичные кислые осадки фиксируются практически во всех регионах России. [8]

Следует отметить, что большую роль в загрязнении атмосферных осадков на ЕТР играет трансграничный перенос с территории пограничных европейских стран (Украины, Белоруссии, Литвы, Польши, Германии, Финляндии, Эстонии, Румынии, Турции и др.). Например, при общем выпадении окислов серы на ЕТР 1404,9 тыс. т, 884,7 тыс. т составили трансграничные выпадения; при выпадении окислов азота в размере 633,3 тыс. т трансграничные выпадения - 383,6 тыс. т. Таким образом, загрязнение атмосферного воздуха на ЕТР практически по всем загрязняющим веществам более чем на 60% контролируется трансграничным переносом загрязняющих веществ с территории европейских стран. [21]

Загрязнение атмосферного воздуха обусловливает загрязнение почвенного слоя в различных пространственных аспектах. Учитывая особенности трансграничного (глобального) переноса загрязненных атмосферных осадков, следует говорить о возможности загрязнения почвенного слоя и подстилающих его пород зоны аэрации в глобальном масштабе, на огромных площадях. Выбросы в атмосферу отдельных (точечных) источников загрязнения (трубы промышленных предприятий, ТЭЦ, горящие факелы на нефтяных и газовых месторождениях и др.) приводят к наиболее интенсивному локальному загрязнению воздуха и атмосферных осадков, а через них почв и пород зоны аэрации в зоне воздействия локального источника загрязнения. Границы (ореол) воздействия локального источника загрязнения на почвенный покров устанавливаются по положению розы ветров, наиболее детально их можно установить по снежному покрову с использованием снеговой съемки. Наложение двух факторов загрязнения и закисления атмосферных осадков - глобального и регионального - приводит к усилению загрязнения и изменению кислотности и щелочности почв и пород зоны аэрации. Почвы и подстилающие их породы зоны аэрации по отношению к ПВ, с одной стороны, являются барьером на пути ЗВ, поступающих с поверхности земли, с другой - источником загрязнения. [9]

Кислые атмосферные осадки, поступая в почвы и породы, инфильтруются через них. Если почвы обладают буферными (нейтрализующими) свойствами (содержат карбонатные отложения и включения), происходит нейтрализация кислых атмосферных осадков, выщелачивание карбонатов из почв и пород и перенесение их в подземные (грунтовые) воды, щелочность которых при этом возрастает. В тех случаях, когда почвы и породы зоны аэрации не обладают буферными свойствами происходит закисление почв и ГВ (более подробно эти процессы рассмотрены ниже). Кроме этого, загрязнение почв происходит за счет размещения на их поверхности промышленных, коммунальных, транспортных, добывающих, энергетических и сельскохозяйственных предприятий, способствующих накоплению твердых и жидких отходов, развитию аварийных ситуаций и связанных с ними утечек. Попавшие на поверхность почв ЗВ инфильтруются с атмосферными осадками и транспортируются таким образом в ПВ, вызывая их загрязнение. При загрязнении ПВ, прежде всего, происходит загрязнение первого от поверхности горизонта ГВ, связанного с атмосферой, а затем через сложные взаимодействия происходит загрязнение залегающих ниже напорных водоносных горизонтов. [24]

Отдельно следует рассмотреть геологические последствия техногенного воздействия, или воздействия техносферы, на подземную гидросферу, связанные с закачкой техногенных вод в недра Земли и с откачкой ПВ из водоносных горизонтов. К техногенным ПВ относят воды, появление которых в недрах Земли обусловлено естественным проникновением или принудительной закачкой измененных тем или иным способом человеком поверхностных вод в подземные водоносные системы. Выделяют три группы техногенных вод:

1) воды, специально направляемые или нагнетаемые в подземные емкости (водоносные горизонты, бассейны, трещиноватые зоны и др.);

2) воды, инфильтрующиеся вглубь из-за несовершенства эксплуатируемых сооружений или технических устройств, нарушения правил их эксплуатации или возникновения аварийных ситуаций;

3) подземные воды, которые становятся техногенными при водоотборе из подземных водоносных систем. [10]

В первую группу входят воды, используемые для восполнения запасов ПВ инфильтрационных водозаборов, при выщелачивании рудных компонентов или солей на месторождениях полезных ископаемых, для законтурного заводнения на месторождениях нефти и газа, при промывании засоленных земель на мелиоративных системах, для поливов на поливных землях или на польдерных системах двойного регулирования, захоронения сточных вод, для создания подземных теплообменников в целях получения геотермической энергии и др. К водам второй группы относятся воды, образовавшиеся в результате утечек из водопроводно-канализационных сетей, коллекторов поверхностного стока, ирригационных каналов, прудов-накопителей или прудов-охладителей, шламоотвалов обогатителей фабрик, терриконов, при инфильтрации с орошаемых массивов, включая поля орошения сточными водами. В третью группу входят ПВ, откачиваемые из водоносных горизонтов для целей водоснабжения и мелиорации, водоотливы из горных выработок или при эксплуатации минеральных вод. [12]

Геологические последствия, возникающие от воздействия на геологическую среду вод первой группы регулируются заданным режимом поступления в недра этих вод либо заблаговременно учитываются в технологическом цикле эксплуатации производственных комплексов. Геологические последствия от деятельности техногенных вод второй группы, как правило, бывают неожиданными, и их предотвращение требует проведения специальных инженерных мероприятий. Геологические последствия от деятельности третьей группы ПВ связаны, главным образом, с деформациями земной поверхности и регулируются технологическим режимом эксплуатации месторождений. Влияние биосферы на экологическое состояние подземных вод может сказаться в районах расположения скотомогильников, кладбищ и других биологических захоронений. [15]

подземный загрязненный атмосферный вода

ГЛАВА 2. ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД СУШИ

2.1 Источники загрязнения подземных вод суши

Любой компонент окружающей среды (ОС) - атмосфера, педосфера, литосфера, поверхностная гидросфера, биосфера и техносфера может являться носителем загрязнения, масштаб воздействия которого изменяется от регионального до локального. Локальное загрязнение подземных вод (ПВ) вызывается локальными, точечными (сосредоточенными) источниками загрязнения. Источники такого типа многообразны. К точечным источникам загрязнения могут быть отнесены отдельные сооружения, занимаемые небольшую площадь на поверхности земли: земляные емкости, содержащие сточные воды, шламо- и хвостохранилища, гидрозолоотвалы, пруды накопители, отстойники, испарители, поля фильтрации промстоков, могильники хранения радиоактивных отходов, отдельные скважины и факелы на нефтяных и газовых месторождениях, нефтезаправочные станции, свалки, животноводческие фермы, поглощающие скважины, карьеры и др. Загрязнение ПВ из этих источников загрязнения происходит за счет утечек загрязненных вод (ЗВ) и попадания их через почвы и зону аэрации в ПВ. В случае, когда водоносные горизонты сложены проницаемыми породами с хорошими фильтрационными свойствами, загрязнение от точечного источника, характеризующегося большим объемом ЗВ (сточных вод, твердых отходов), может распространиться от источника загрязнения по водоносному горизонту на большие расстояния, при этом масштаб загрязнения может приобрести региональный характер. [13]

Региональное загрязнение ПВ вызывается региональными, диффузными (рассредоточенными) источниками загрязнения, имеющими большую площадь распространения по поверхности земли. Источниками регионального загрязнения являются урбанизированные территории с большой концентрацией городов, промышленных предприятий; крупные мегаполисы; территории интенсивного сельскохозяйственного производства; объекты мелиорации; объекты энергетики и транспорта; нефтяные и газовые месторождения; горнорудные предприятия и др. Загрязнение ПВ от этих источников загрязнения охватывает большие площади водоносных горизонтов, наибольшему загрязнению подвержены ГВ; через них происходит загрязнение залегающих ниже водоносных горизонтов. Загрязнение ПВ, как правило, происходит за счет утечек сточных вод и растворения твердых отходов, а также за счет газодымовых выбросов. Кроме этого, выделяются линейные источники загрязнения ПВ. К линейным источникам загрязнения относятся загрязненные реки, автомагистрали, нефтепроводы, коллекторы промышленной и коммунальной канализации. В зависимости от протяженности источников загрязнения определяется и масштаб их воздействия на ПВ: локальный и региональный. [19]

ЗВ, попадающие в ПВ из различных компонентов ОС и источников, находящихся в этих компонентах, могут иметь как антропогенное происхождение, вызванное деятельностью человека, так и природное происхождение. К природным источникам загрязнения ПВ могут быть отнесены естественно некондиционные ПВ (водоносные горизонты, моря, океаны, соленые озера и реки), содержащие некоторые химические вещества в количествах, не соответствующих нормам, предъявляемым к качеству питьевых вод. Главную роль в загрязнении ПВ играют антропогенные источники загрязнения, они способствуют формированию областей распространения интенсивного загрязнения ПВ. Природные источники загрязнения могут обусловить загрязнение ПВ на очень больших площадях, но интенсивность загрязнения при этом может быть гораздо меньшей, чем от антропогенных (техногенных) источников. [14]

ЗВ попадают в ПВ, как правило, через другие компоненты ОС, проходя при этом цепочки различной длины и испытывая нередко различные химические и биологические преобразования: из атмосферы в почвы, из почвы в породы зоны аэрации, из зоны аэрации в ГВ, из ГВ в напорные воды; кроме этого, ЗВ могут непосредственно, напрямую попадать в ПВ из негерметичных скважин и других сооружений, вскрывающих водоносные горизонты. Загрязнение ПВ только от источников антропогенного происхождения, можно объединить в несколько групп: промышленные источники загрязнения - предприятия отраслей промышленности, деятельность которых не связана с недрами земли; промышленные источники загрязнения, деятельность которых связана с добычей полезных ископаемых; источники загрязнения в областях сельскохозяйственной деятельности; источники загрязнения от деятельности энергетического комплекса; источники загрязнения от деятельности транспорта и коммунально-бытовые источники загрязнения. [5]

Загрязнение окружающей среды в целом и подземной гидросферы в частности отраслями промышленности, вызывающее деградацию среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, остается наиболее острой экологической проблемой. Несмотря на то, что в целом по Российской Федерации индекс промышленного производства в 2011 г. составил 67% к уровню 1991 г., уровень загрязнения ОС снизился ненамного, а по некоторым отраслям промышленности даже увеличился. [15]

Среди промышленных отходов главную роль в загрязнении ПВ играют сточные промышленные воды и выбросы в атмосферу. Промышленность по сбросам сточных вод в поверхностные водоемы занимает третье место по Российской Федерации (6175,6 млн. м3), а но выбросам в атмосферу (15 842,0 тыс. т) - первое место. Динамика выбросов ЗВ в атмосферный воздух в 2011 г. по отраслям промышленности, в тыс. тонн: цветная металлургия - 3297,5; нефтедобывающая промышленность - 3113,4; черная металлургия - 2223,4; угольная промышленность - 819,5; нефтеперерабатывающая промышленность - 620,8; газовая промышленность - 536,9; промышленность строительных материалов - 434,0; химическая и нефтехимическая промышленность - 428,0; машиностроение и металлообработка - 370,1; деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность - 332,2; пищевая промышленность - 162,9; легкая промышленность - 41,2. [2]

Предприятия нефтеперерабатывающей отрасли оказывают негативное влияние на экологическую обстановку во многих регионах России. Они являются серьезными источниками загрязнения воздушного и водного бассейнов. Главные источники загрязняющих веществ: процесс извлечения серы, регенераторы катализаторов крекинга в псевдосжиженном слое, нагреватели и котлы. Кроме этого, потенциальными источниками загрязнения могут быть емкости для хранения сырья и продуктов, сепараторы воды и нефти. В атмосферу выбрасываются: диоксид серы, оксид углерода, оксид азота, углеводороды, бензин, метан, толуол, аммиак, ксилон, сероводород, бензол, сажа. Со сточными водами предприятий поступают в водные объекты сульфаты, хлориды, нитраты, взвешенные вещества, фосфор, железо, магний, фенолы, тяжелые металлы. Так, в 2011 г. в отрасли образовалось 766,7 тыс. т отходов. [16]

Наибольшее воздействие черная металлургия оказывает на атмосферный воздух и поверхностные воды, а также на подземные воды и почвы. Основными источниками выбросов в атмосферу в черной металлургии являются: агломерационные машины, машины для обжига окатышей, дробильно-размольное оборудование, места погрузки и пересыпки материалов, доменные, мартеновские и сталеплавильные печи, установки непрерывной разливки стали, травильные отделения, ваграночные печи чугунолитейных цехов. Для отрасли характерны выбросы а атмосферу таких вредных веществ, как оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, сажа и др. В поверхностные водные объекты со сточными водами поступают: хлориды, сульфаты, взвешенные вещества, нитраты, аммонийный азот, магний, фтор, железо, кремний. В отрасли за 2011 г. образовалось 398,43 млн. т отходов. [7]

По объему выбросов ЗВ в атмосферный воздух цветная металлургия занимает в промышленности первое место. Источниками образования вредных выбросов при производстве глинозема, алюминия, свинца, олова, цинка, никеля и драгоценных металлов являются различные виды печей (для спекания, выплавки, обжига и др.), дробильно-размольное оборудование, конвенторы, места погрузки, выгрузки и пересыпки материалов, сушильные агрегаты, открытые склады. Крупные комбинаты цветной металлургии являются самыми мощными источниками загрязнения почв, а через них и ПВ как по интенсивности, так и по разнообразию загрязняющих веществ. В составе выбросов в атмосферу присутствуют диоксиды серы, оксиды углерода, твердые вещества, серная кислота, никель, оксид меди, оксид азота и др. Со сточными водами предприятий цветной металлургии в поверхностные водные объекты поступают хлориды, сульфаты, взвешенные вещества, магний, нитраты, аммонийный азот, железо, цинк, алюминий, никель, фтор. В отрасли за 2011 году образовалось 250,81 млн. тонн отходов.

Химическая и нефтехимическая промышленность включает 26 отраслей. Многообразие продукции, применяемых технологий и видов сырья определяет широкий спектр загрязнителей атмосферного воздуха, водных объектов и почв. Ряд выбросов, сбросов и отходов производства характеризуется существенными объемами, высокой токсичностью и скоростью образования отходов. Основными источниками вредных выбросов являются производства кислот (серной, соляной, азотной, фосфорной и др.), резинотехнических изделий, фосфора, пластических масс, красителей и моющих средств, искусственного каучука, минеральных удобрений, растворителей (толуола, ацетона, фенола, бензола), крекинг нефти. В выбросах в атмосферу вредных веществ от предприятий химической и нефтехимической промышленности присутствуют оксид углерода, летучие органические соединения, диоксид серы, оксид азота, твердые вещества, углеводороды, метан, сероуглерод, бензол, серная кислота, ацетон и др. Со сточными водами в водные объекты поступают хлориды, сульфаты, взвешенные вещества, нитраты, магний, аммонийный азот, фтор, бор, карбамид, нитриты, натрий, ртуть, кальций, формальдегид. В отрасли ежегодно образуется большое количество отходов (шламы, ртутьсодержащие отходы, отработанные соляная и серная кислоты, шлам аммиачно-хлоридных производств кальцинированной соды, фосфогипс производств фосфорной кислоты, изношенные шины, резиносодержащие отходы и др.). [9]

Машиностроительный комплекс по производству продукции является крупнейшим промышленным образованием (порядка 13 отраслей). Основными источниками загрязнения атмосферы в отрасли являются литейное производство, цехи механической обработки, сварочные и покрасочные цехи и участки. Машиностроение оказывает существенное влияние на состояние окружающей среды. Для машиностроительной и металлообрабатывающей отрасли промышленности характерны выбросы в атмосферу оксида углерода, твердых веществ, оксида углерода, диоксида серы, оксидов азота, легких органических соединений, ксилона, метана, толуола, ацетона, бензина, аммиака, серной кислоты, марганца, хрома, свинца и др. Со сточными водами в поверхностные объекты сбрасываются сульфаты, хлориды, взвешенные вещества, нитраты, аммонийный азот, общий фосфор, железо, магний, фтор. В 2002 г. в отрасли образовалось 7,28 млн. тонн отходов. [1]

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность представляет большую опасность загрязнения воды, воздуха и почв диоксинами и диоксиноподобными веществами; уровни содержания этих суперэкотоксикантов в окружающей среде вблизи целлюлозно-бумажных комбинатов резко возрастают. Для отрасли характерны выбросы в атмосферу оксида углерода, диоксида серы, твердых веществ, оксиды азота, углеводородов, летучих органических соединений. Со сточными водами в водные объекты сбрасываются сульфаты, хлориды, танин, взвешенные вешества, лигнин сульфатный, органические сернистые соединения, уксусная кислота, аммонийный азот, метанол, нитраты, общий фосфор, жиры и масла, формальдегид, железо, сероводород. Для предприятий целлюлозно-бумажной промышленности как самой водоемкой в отрасли проблема утилизации сточных вод имеет большое значение. Главный источник образования загрязненных сточных вод отрасли - производство целлюлозы, базирующееся на сульфатном и сульфитном способах варки древесины и отбелке полуфабриката с применением хлорсодержащих продуктов. Большой объем сточных вод и высокая концентрация в них загрязняющих веществ вынуждают использовать громоздкие очистные сооружения, что приводит к их перегрузке и соответственно к воздействию на ПВ. В отрасли в 2011 г. образовалось 9,18 млн. тонн отходов. [3]

Основными источниками загрязнения воздуха на объектах промышленности строительных материалов являются цементные, асбестоцементные, известковые, химорганические производства, предприятия по производству кровельно-изоляционных материалов, керамзитобетонные заводы, карьеры по добыче нерудных строительных материалов. Вокруг заводов, производящих цемент, асбест, гипс и другие строительные материалы повышенной летучести, образуются зоны максимального загрязнения ОС радиусом до 2 км с повышенным содержанием в воздухе пыли из частиц цемента, асбеста, гипса, кварца и других вредных веществ. Помимо стационарных источников значительное влияние на состояние атмосферного воздуха оказывают залповые выбросы при производстве взрывных работ и добыче природного строительного сырья открытым способом. Крупные карьеры минерального строительного сырья уничтожают почвы на значительных площадях и способствуют формированию гидрогеологической депрессионной воронки, вызывающей снижение уровня ПВ на значительных территориях, превышающих площадь месторождений в десятки раз. Выбросы в атмосферу представлены твердыми веществами, оксидами углерода, оксидами азота, диоксидами серы и др. В загрязненных стоках, поступающих в водоемы, присутствуют взвешенные вещества, нефтепродукты, аммонийный азот, нитраты, фосфор, магний, железо и др. В отрасли в 2002 г. образовалось 80,44 млн. т отходов. [22]

К легкой промышленности относятся предприятия первичной обработки льна, конопли, джута, шерсти, хлопка, предприятия по производству тканей, кожевенные заводы и фабрики по производству товаров народного потребления. Основными источниками загрязнения в отрасли являются электролизные ванны, места загрузки и пересыпки сырья, дробильно-мельничное оборудование, смесители, сушильные барабаны, трепальные агрегаты, шлифовальные станки, прядильные и чесальные машины, оборудование для окраски изделий, барабаны для специальной обработки пушно-меховых изделий и заготовок. Предприятия легкой промышленности не оказывают значительного воздействия на ОС России. Для отрасли характерны выбросы в атмосферу оксида углерода, твердых веществ, диоксида серы. Наибольшее негативное воздействие на водные объекты оказывает сброс сточных вод, образующихся в процессе дубления кож и содержащих взвешенные вещества, сульфаты, хлориды, соединения фосфора и азота, нитраты, СПАВ, жиры и масла, железо, цинк, никель, хром, алюминий, сероводород, метанол, формальдегид и другие вредные вещества. В отрасли в 2011 г. образовалось 231 тыс. т отходов. [12]

Предприятия пищевой промышленности перерабатывают огромное количество продуктов сельского хозяйства, речного и морского промыслов. Проблема выбросов в пищевой промышленности больше касается разнообразных процессов, связанных главным образом с выбросами сильнопахнущих веществ. Основными источниками образования вредных веществ в отрасли являются шелушители, нейтрализаторы, сепараторы, мучные силосы, технологические печи, фасовочные автоматы, табакорезательные машины, линии по производству парфюмерных изделий, мясоперерабатывающие производства, заводы по производству растворимого кофе и цикория, предприятия по производству мясокостной муки и клеев на органической основе. Для предприятий пищевой промышленности характерными компонентами выбросов в атмосферу являются оксид углерода, диоксид серы, твердые вещества, оксиды азота, пары спиртов, акролеин, жирные кислоты, аммиак, сажа, метан, толуол, ацетон, белково-витаминный концентрат.

Водоемы загрязняются хлоридами, органическими веществами, сульфатами, аммонийным азотом, нитратами, магнием, общим фосфором, остатками корма и подстилки для животных, поваренной солью, моющими и дезинфицирующими веществами, нитритами, фосфатами и, возможно, болезнетворными микроорганизмами. В отрасли в 2011 г. образовалось около 9 млн. тонн отходов. [4]

Производственная деятельность нефтедобывающей промышленности воздействует на ОС в следующих направлениях: изъятие, нарушение и загрязнение земельных ресурсов на объектах нефтедобычи и транспортировки нефти, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, сбросы в поверхностные и подземные воды и на почвенный покров, извлечение с нефтью высокоминерализованных попутных вод (рассолов), захоронение отходов бурения, аварийные разливы нефти. Дополнительный ущерб ОС наносят аварии на буровых установках и платформах, а также на магистральных газо- и нефтепроводах. Основными причинами аварийных ситуаций являются порывы трубопроводов из-за коррозии. По объему выбросов загрязняющих веществ в атмосферу нефтедобывающая промышленность вышла на второе место; в них преобладают оксиды углерода, углеводороды, летучие органические соединения, диоксид серы, оксиды азота. Наблюдаются выбросы в атмосферу попутных газов. Объем сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты в 2011 г. уменьшился в 7,4 раза по отношению к 1998 г. На предприятиях отрасли накопилось 4 млн. т отходов. На нефтепроводах наблюдаются аварийные разливы нефти, связанные с многочисленными порывами внутри промысловых трубопроводов, на магистральных трубопроводах также наблюдается загрязнение земель нефтью и другими токсичными отходами.

При добыче, переработке, хранении и транспортировке природного газа наибольший вред окружающей среде наносится выбросами вредных веществ в атмосферу. От общего объема отходящих веществ при добыче газа улавливается и обезвреживается около 20%. На действующих магистральных газопроводах имеют случаи аварии с большими потерями газа.

Наиболее существенна доля отрасли по выбросам жидких и газообразных веществ. Характерными загрязняющими веществами на объектах газовой промышленности являются оксид углерода, углеводороды, диоксид серы, твердые вещества, сажа, летучие органические соединения, оксид азота. Объем сброса сточных загрязненных вод в 2011 г. увеличился в 2,6 раза по сравнению с 1998 г. [8]

Угольная промышленность, с точки зрения воздействия на окружающую среду, является одной из сложных отраслей. Добываемый уголь содержит много примесей и негорючих материалов. В естественном состоянии уголь содержит глину, обломки скальных пород, пириты и другие материалы, относимые к золе. Процесс добычи и разработки угольных месторождений добавляет примеси другого типа - рудную массу, обломки породы, древесины и случайные примеси железа. [2]

Основные аспекты негативного воздействия отрасли следующие: изъятие из землепользования и нарушение земель; истощение водных ресурсов и нарушение гидрологического режима подземных и поверхностных вод; загрязнение подземных и поверхностных водных объектов сбрасываемыми в них производственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами предприятий и населенных пунктов; загрязнение воздушного бассейна твердыми и газообразными вредными веществами при применении существующих технологических процессов добычи, переработки и сжигания твердого топлива; загрязнение земной поверхности отходами добычи и обогащения угля и сланца. [14]

Загрязнение воздушного бассейна в процессе открытой и подземной добычи угля, транспортировки и обогащения каменного угля вызвано буровзрывными работами, работой двигателей внутреннего сгорания и котельных, пылением угольных складов и породных отвалов и другими источниками. Выбросы в атмосферу предприятий угольной промышленности состоят из углеводородов, метана, сажи, летучих органических соединений, диоксида серы, твердых веществ. В структуре сточных вод преобладают загрязненные, их объем увеличился. Площадь нарушенных земель в 2011 г. составила 2,25 тыс. га. Основные виды твердых отходов на угледобывающих предприятиях - шахтные и вскрышные породы, а на углеперерабатывающих - хвосты обогащения, которые в больших объемах накапливаются в отвалах.

В настоящее время основная доля энергии производится за счет сжигания или переработки природного органосодержащего сырья - угля, нефти, газа, горючих сланцев, торфа, а также использования энергии рек путем строительства гидроэлектростанций и сооружения водохранилищ. Энергетические предприятия в зависимости от свойств используемых первичных ресурсов различно влияют на состояние окружающей среды: загрязняют воздушный бассейн продуктами сгорания, вызывают тепловое загрязнение атмосферы и водных объектов, загрязнение водных объектов сточными водами и др. Наибольший вклад в зафязнение атмосферы вносят ТЭС - около 90% по отрасли. В выбросах преобладают диоксиды серы, оксид углерода, твердые вещества, оксиды азота, углеводороды, летучие органические соединения, формальдегид, аммиак, сажа, бензапирен, метан, азотная кислота. Крупнейшими в отрасли источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферу являются ГРЭС. В 2011 г. в отрасли сброшено 768,3 млн. м3 загрязненных сточных вод. Со сточными водами предприятий отрасли в поверхностные водные объекты поступили хлориды, сульфаты, взвешенные вещества, уксусная кислота, нитраты, магний, аммонийный азот, железо, фосфор, СПАВ, алюминий, фтор. Объем отходов по отрасли составил 57,42 млн. т. Запруживание рек и строительство водохранилищ ведет к изменению микроклимата, влияет на уровень грунтовых вод и состояние растительности, приводит к засолению или заболачиванию почв и другим последствиям В атомной энергетике выбросы вредных веществ в атмосферный воздух состоят из твердых веществ, диоксида серы, оксидов азота, оксида углерода, углеводородов, летучих органических соединений.