Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Экологическая опасность сточных вод пищевой промышленности

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к выпускной квалификационной работе

(обозначение документа)

Уфа 2006

Содержание

Реферат

Введение

1 Экологическая опасность сточных вод пищевой промышленности

1.1 Сточные воды пищевой промышленности

1.1.1 Сточные воды мясной промышленности

1.1.2 Сточные воды молочной промышленности

1.1.3 Сточные воды пивоваренной промышленности

1.2 Влияние сточных вод на состояние водоемов

1.2.1 Влияние органических загрязнений на состояние водоемов

1.2.2 Влияние неорганических соединений на состояние водоемов

1.2.3 Последствия теплового загрязнения естественных водоёмов

1.2.4 Влияние СПАВ на состояние водоемов

1.2.5 Влияние нефтепродуктов на водную флору и фауну

1.2.6 Сокращение запасов пресных вод из-за загрязнения

1.3 Влияние загрязненных природных вод на здоровье человека

1.4 Методы очистки сточных вод

1.4.1 Механическая очистка

1.4.2 Химический метод

1.4.3 Физико-химический метод

1.4.4 Биологический метод

1.5 Охрана водных ресурсов

2 Правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области охраны природных вод

3 Методика расчета нормативов предельно допустимых сбросов (ПДС) загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты со сточными водами

3.1 Расчет кратности разбавления

3.2 Определение концентраций, допустимых к сбросу С_ПДС

3.3 Расчет нормативов ПДС

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

Реферат

СТОЧНЫЕ ВОДЫ, ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД, ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА, МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Объект исследования - сточные воды пищевой промышленности.

Цель дипломной работы - оценка экологической опасности сточных вод пищевой промышленности.

Задачи: оценить влияние сточных вод на состояние природных вод, на растительный и животный мир водоемов и здоровье человека. Отобразить правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области охраны природных вод. Рассчитать предельно допустимые сбросы вредных веществ в водоем.

Пояснительная записка 67 стр., рисунков 1, таблиц 6 , источников 17.

Введение

С каждым годом все острее встает проблема взаимоотношений человека с окружающей средой. Развитие промышленности, стремительное освоение некогда заповедных районов в ряде случаев нанесли природе неисправимый ущерб. Сброс промышленных сточных вод приводит к загрязнению естественных водоемов. Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши (реки, озера, болота и др.).

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов является наиболее актуальной, т.к. всем известно выражение - «вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод. Это пагубно влияет на здоровье населения и ведет к гибели рыб, водоплавающих птиц и других животных, а также к гибели растительного мира водоёмов. При этом не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, избыток органических и минеральных веществ также опасны для водных экосистем. Очень важным аспектом загрязнения водного бассейна Земли является тепловое загрязнение, которое представляет собой сброс подогретой воды с промышленных предприятий.

Экологический аспект данной проблемы состоит в том, что загрязнение водоемов сточными водами приводит к изменению химического состава, нарушению круговорота веществ, разрушению естественных экосистем, исчезновению видов, генетическому ущербу.

Социальный аспект состоит в том, что загрязнение природных вод приводит к нарушению качества питьевой воды, вызывает различные заболевания, наносит эстетический ущерб, т.е. население не может использовать водоемы в рекреационных целях.

Затраты на ликвидацию загрязнений, на очистку сточных вод, плата за сброс сточных вод в водные объекты являются экономическим аспектом данной проблемы.

Политическим аспектом является проведение различных программ по охране водных ресурсов, принятие законов в области охраны водных объектов и условий сброса сточных вод.

Объектом исследования являются сточные воды пищевой промышленности.

Целью дипломной работы является оценка экологической опасности сточных вод пищевой промышленности.

Задачи:

- рассмотреть состав сточных вод пищевой промышленности;

- оценить влияние сточных вод пищевой промышленности на состояние природных вод, на растительный и животный мир водоемов и здоровье человека;

- рассмотреть правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области охраны природных вод;

- рассчитать предельно допустимый сброс вредных веществ в водоемы

1 Экологическая опасность сточных вод пищевой промышленности

Водные ресурсы являются основой жизни и деятельности народов, проживающих на Земле, и обеспечивают экономическое, социальное благополучие населения, существование животного и растительного мира.

Воды являются возобновляемым, но ограниченным и уязвимым природным ресурсом.

Масштабное водохозяйственное строительство для удовлетворения все возраставших потребностей народного хозяйства и населения в водных ресурсах, в большинстве, осуществлялось без необходимого учета отдаленных последствий и возможных изменений природных циклов в гидросфере, что привело к появлению столь же масштабных негативных изменений в состоянии водных объектов. По сути, водные ресурсы уже не могут в полной мере считаться возобновимыми. Практически все поверхностные и значительная часть подземных водных объектов, особенно в европейской части страны и в районах размещения крупных промышленных и сельскохозяйственных комплексов, испытывают значительное антропогенное воздействие, что выразилось в загрязнении, истощении и деградации водных объектов.

Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши (реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды). Хотя их доля в общей массе гидросферы невелика (менее 0,4%), высокая активность водообмена многократно увеличивает их запасы. Под активностью водообмена понимается скорость возобновления отдельных водных ресурсов гидросферы, которая выражается числом лет (или суток), необходимых для полного возобновления водных ресурсов.[3]

Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами различных предприятий, в том числе и пищевой промышленности.

Сточные воды пищевой промышленности занимают среди стоков других производств одно из первых мест по объему и концентрации загрязнений.

1.1 Сточные воды пищевой промышленности

По степени интенсивности отрицательного воздействия предприятий пищевой промышлен-ности на объекты окружающей среды первое место занимают водные ресурсы.

По расходу воды на единицу выпускаемой продукции пищевая промышленность занимает одно из первых мест среди отраслей народно-го хозяйства. Высокий уровень потребления обуславливает большой объем образования сточных вод на предприятиях, при этом они име-ют высокую степень загрязненности и представ-ляют опасность для окружающей среды. Сброс сточных вод в водоемы быстро истощает запа-сы кислорода, что вызывает гибель обитателей этих водоемов. (таблица 1.1)

Таблица 1.1 Состав сточных вод различных пищевых производств

Показатель	Состав сточных вод различных производств
	пива	Безалкогольных напитков	Кормовые дрожжи	Мясокомби-нат	молокозавод	Хлебопекарный завод
Взвешенные вещества, мг/дм3	600	320	20	2300	350	150
рН	7,0	8	10	7,5	8,5	6,9
Сухой остаток, мг/дм3	3000	2000	1000	600	500	900
ХПК, мгО/дм3	500	1000	20	500	400	680
БПК, мгО2/дм3	1000	700	-	800	200	450
Содержание жира, мг/дм3	-	-	-	200	100	-

Таким образом, сточные воды мясной, молочной и пивоваренной промышленности занимают по загрязнениям одно из первых мест среди других видов пищевой промышленности. [12]

1.1.1 Сточные воды мясной промышленности

Все количество воды, потребляемое на различные технологические процессы, отводится из предприятий в виде сильно загрязненных сочных вод. Количество воды, расходуемой на отдельных предприятиях, колеблется в довольно широких пределах. Оно зависит от мощности предприятия, его производственного профиля, технического оборудования и размеров призаводской территории. Большое влияние на величину расхода воды оказывает также вид и возраст животных подвергающихся забою и переработке.

Сточные воды мясоперерабатывающего предприятия образуются в основном при мойке мясного сырья, водяном душировании колбас и мытье оборудования, инвентаря, тары и полов.

В производственный сток попадают жир, частицы мяса, кровь, белки, соль, фосфаты.

В мясной промышленности образуются два основных потока сточных вод - производственные и бытовые. Производственные стоки подразделятся на содержащие жир (стоки цехов первичной переработки, кишечного, пищевых жиров, субпродуктного, колбасного, технических полуфабрикатов) и на не содержащие жир (стоки остальных цехов, а также часть сточных вод кишечного цеха, незагрязненные условно- чистые воды от теплообменных аппаратов, вакуум-насосов, силовой и котельной установок). Из общего объема сточных вод объем производственных стоков составляет 70-75 %, не содержащих жир 4-8 %, а условно чистых 14-18 %. Объем сточных вод 8-12 %. [9]

В пробе общего стока мясоперерабатывающего предприятия содержится, мг/л: 526 взвешенных веществ, 46,5 жиров, 320 эфироизвлекаемых, 1,7 алюминия, 2,3 нефтепродуктов, 2,9 железа, 56 кальция, 0,15 меди, 94 натрия, 0,12 никеля, 0,2 стронция, 1,9 цинка, 1020 плотного осадка, 2,4 сероводорода и сульфидов, 1600 сухого остатка, 2,7 фосфатов, 35 фосфора общего, 1,4 фторидов, 95 хлоридов, 9,7 азота аммонийных солей, 2,1 азота нитратов. ХПК и БПК пробы составляют соответственно 2450 и 1020 мг/л, рН = 7,4.

Сточные воды предприятий мясной промышленности имеют высокую степень бактериальной обсемененности. Особую опасность представляют содержащиеся в них патогенные микроорганизмы - кишечная палочка, яйца глистов, сибирская язва и другие. Поэтому перед сбросом в водоемы или на земляные площадки сточных вод предприятий мясной промышленности их необходимо подвергать механической и биологической очистке и обеззараживанию. В случае присоединения системы канализации к городскому коллектору, сточные воды перед сбросом необходимо очищать от жира и животных отбросов. [13]

1.1.2 Сточные воды молочной промышленности

Сточные воды, сбрасываемые предприятиями молочной промышленности, можно разделить на четыре вида: производственные, хозяйственно-бытовые, теплообменные, ливневые.

Соотношение количеств отдельных видов сточных вод складывается на каждом молочном предприятии по-разному, и состав их меняется в зависимости от времени года. Самое большое количество загрязнений содержится в сточных водах в летние месяцы.

Производственные сточные воды являются наиболее загрязненными. Они образуются в результате различных технологических операций, а также при мойке емкостей и уборке производственных помещений. Их нагрузка по БПК₅ зависит от ряда факторов и при экономном хозяйствовании (без спуска побочных продуктов в канализацию) колеблется в пределах от 500 до 2000 г О₂ на 1 м³.

Хозяйственно- бытовые сточные воды составляют большую часть общего количество сточных вод. Их нагрузка зависит исключительно от количества людей на производстве и живущих на территории предприятии, а также от степени обеспечения предприятия санитарным и хозяйственным оборудованием и, выраженная в БПК₅, составляет в среднем 400 г О₂ на 1 м³.

Теплообменные сточные воды относятся к группе так называемых условно чистых вод. Они образуются при охлаждении молочного оборудования (пастеризаторов, охладителей, емкостей), а также холодильной аппаратуры и чаще всего благодаря небольшой степени загрязнений направляются в сборник оборотных вод. Оттуда часть воды идет на мойку помещений, а часть сбрасывается через чересной перелив в канализацию. Нагрузка теплообменных вод по БПК₅ около 20 г О₂ на 1 м³.

Ливневые сточные воды образуются из атмосферных осадков, которые, проходя через околоземные слои воздуха, улавливают пыль, газы, продукты неполного сгорания топлива. Их нагрузка зависит от состояния территории предприятия, покрытия кровли, вида колесного транспорта и его интенсивности, степени загрязнения воздуха, интенсивности и длительности дождя. Нагрузка по БПК₅ колеблется в пределах от 30 до 100 г О₂ на 1 м³.

В зависимости от системы канализационной сети сточные воды отводятся в водоем либо по одному общему коллектору, либо по нескольким. При общей сточной канализации производственные, хозяйственно-бытовые, ливневые и теплообменные сточные воды попадают в один канализационный водовод и направляются к ближайшему водоему. При раздельной канализации сбрасываются вместе производственные и хозяйственно бытовые воды, а в ливневую канализацию направляются также теплообменные воды.[5]

Производственные сточные воды молочных предприятий относятся к группе стоков с органическими загрязнениями. Загрязнения этих вод состоят главным образом из органических веществ в виде водных растворов, коллоидных суспензий (таблица 1.2).

Таблица 1.2 Состав сточных вод молочных предприятий

Состав, мг/дм3	Наименование предприятия
	Гормолзавод	Завод сгущенного и сухого молока	Сыродельное предприятие
рН	6,5-8,5	6,8-7,4	6,2-7,0
Взвешенные вещества	350	350	600
Азот общий	60	50	90
Фосфор	8	7	16
Жиры	До 100	До 100	До 100
Хлориды	150	150	200
БПКполн	1200	1000	2400

Свежие производственные стоки имеют белый или желтоватый цвет. Реакция их щелочная. Так как в сточных водах содержатся белковые вещества, углеводы и жиры, они быстро повергаются загниванию и закисанию. Наступает сбраживание молочного сахара в молочную кислоту, что приводит к осаждению казеина и других протеиновых веществ. Загнивание последних сопровождается выделением очень неприятного запаха. рН сточных вод при этом снижается до 4,5. Самыми опасными для водоемов являются сточные воды, сбрасываемые при производстве казеина, твердых сыров и творога.

Производственные сточные воды молочных заводов, кроме перечисленных выше загрязнений, содержат химические соединения, применяемые для мойки емкостей, аппаратуры и полов (детергенты).

Сточные воды предприятий молочной промышленности в случае сброса их в водоемы без предварительной очистки оказывают вредное воздействие на воду последних. В результате биохимического окисления органические соединения, содержащиеся в сточных водах, из водоемов поглощают большое количество кислорода, в результате чего фауна и флора водоемов могут погибнуть.[7]

Органические вещества, попадающие в водоемы со сточными водами мясной и молочной промышленности, вызывают процессы гниения. В результате чего резко уменьшается содержание кислорода в воде, что вызывает так называемые заморы - массовую гибель рыб и других животных. [1]

1.1.3 Сточные воды пивоваренной промышленности

В пивоваренной и солодовенной промышленности воду применяют для производства солода, варки сусла, мойки аппаратуры и емкостей, охлаждения. Расход воды зависит от принятой схемы водоснабжения, степени обеспечения предприятия водой и, наконец, от оборудования заводов.

Наиболее существенная часть в водном балансе пивоваренных заводов приходится на теплообменные воды. Вода для целей охлаждения может быть использована однократно, но может и возвращаться для рециркуляции. Оборотная система требует межоперационного охлаждения воды, но более выгодна в отношении расхода воды, а при недостатке свежей воды необходима.

Рециркуляция теплообменных вод имеет большое значение для водного хозяйства пивоваренного завода. Исключение теплообменных вод не влияет в сторону снижения загрязнений, отводимых со сточными водами, но позволяет значительно сократить размеры некоторого оборудования очистных станций для сточных вод.

Температура общих сточных вод пивоваренных заводов близка к 20єС. Реакция почти нейтральная, период времени, в течение которого они загнивают, очень короткий и составляет 2-3 ч. В случае особо низких концентраций этот период несколько более длительный. Сточные воды содержат сравнительно большое количество биогенных элементов: азота, фосфора и калия. Это имеет большое значение при сельскохозяйственном использовании сточных вод и при их биологической очистке. Показатели, характеризующие загрязнения сточных вод, - окисляемость, БПК₅ и содержание взвешенных веществ - в среднем в два раза выше, чем в типичных городских стоках, но на отдельных предприятиях они могут быть несколько меньшими, а на других - в несколько раз большими.[5]

Количество израсходованной воды, а также сточных вод на пивоваренных заводах зависит от целого ряда факторов, сложившихся на данном предприятии. Если принять, что на единицу пива или солода приходится всегда одинаковое количество загрязнений, отводимых со сточными водами, то увеличение количества сточных вод сопровождалось бы снижением их концентрации. Это предположение было бы правильным только при условии, что на всех предприятиях применяется одна и та же схема использования сырья, полуфабрикатов, готовой продукции и отходов производства, используются одинаковые технологические методы, созданы одинаковые условия производства, и установлено идентичное оборудование. Но поскольку в условиях пивоваренной промышленности нет реальных оснований для такого предположения, сточные воды на разных предприятиях получаются с разной характеристикой (таблица 1.3).

Таблица 1.3 Состав сточных вод пивоваренных предприятий

Показатели	В среднем	Минимум	Максимум
рН	7,3	5,1	Выше 9,0
БПК5, мг/л	611,3	1,0	8830
Расход перманганата, мг/л	380	21,6	4480
Взвешенные вещества, мг/л	303,6	0	5885
Сухой остаток, мг/л	913,7	280	13020

Непосредственный сброс в водоем теплых теплообменных сточных вод как условно чистых в обход очистных сооружений возможен только в том случае, если на пивоваренном заводе существует отдельная канализационная сеть для непосредственного сброса ливневых вод, но это неблагоприятно сказывается на состоянии водоема. Теплообменные воды, повышая среднюю температуру вод, с которыми они смешиваются, тем самым затрудняют растворение кислорода воде, а, следовательно, и ход процесса самоочищения.[5]

1.2 Влияние сточных вод на состояние водоемов

Загрязняющие вещества, поступая в природные воды, вызывают изменение физических свойств среды (нарушение первоначальной прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т.п.); изменение химического состава, в частности появления в ней вредных веществ; появление плавающих веществ на поверхности воды и отложений на дне; сокращение в воде количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических веществ загрязнения; появление новых бактерий, в том числе и болезнетворных.

Из-за загрязнения природных вод они оказываются непригодными для питья, купания, водного спорта и технических нужд. Особо пагубно оно влияет на рыб, водоплавающих птиц, животных и другие организмы, которые заболевают и гибнут в больших количествах.[8]

Последствия загрязнения опасны, прежде всего, для всех живых обитателей морей и океанов. Эти последствия разнообразны. Первичные критические нарушения в функционировании живых организмов под действием загрязняющих веществ возникают на уровне биологических эффектов: после изменения химического состава клеток нарушаются процессы дыхания, роста и размножения организмов, возможны мутации и канцерогенез; нарушаются движение и ориентация в морской среде. Морфологические изменения нередко проявляются в виде разнообразных патологий внутренних органов: изменений размеров, развития уродливых форм. Особенно часто эти явления регистрируются при хроническом загрязнении.

Все это отражается на состоянии отдельных популяций, на их взаимоотношениях. Таким образом, возникают экологические последствия загрязнения. Важным показателем нарушения состояния экосистем является изменение числа высших таксонов - рыб. Существенно изменяется фотосинтезирующее действие в целом. Растет биомасса микроорганизмов, фитопланктона, зоопланктона. Это характерные признаки эвтрофикации морских водоемов, особенно они значительны во внутренних морях, морях закрытого типа. В Каспийском, Черном, Балтийском морях за последние 10-20 лет биомасса микроорганизмов выросла почти в 10 раз. В Японском море сущим бедствием стали "красные приливы", следствие эвтрофикации, при которой бурно развиваются микроскопические водоросли, а затем исчезает кислород в воде, гибнут водные животные и образуется огромная масса гниющих остатков, отравляющих не только море, но и атмосферу.

Загрязнение Мирового океана приводит к постепенному снижению первичной биологической продукции. По оценкам ученых, она сократилась к настоящему времени на 10%. Соответственно этому снижается и ежегодный прирост других обитателей моря.

Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря, загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательно влияние на качество воды.

Промышленные сточные воды, содержат растворимые, нерастворимые и коллоидные вещества. Характер и концентрация загрязнений могут оказывать на состояние воды в водоемах самое разнообразное влияние. Взвешенные вещества после сброса в реку могут частично раствориться, а их нерастворимая часть увеличит содержание суспензии в воде. Некоторые вещества, будучи сброшенными в водоем в растворимом состоянии, вследствие изменения pH среды или других химических реакций могут вызвать образование вторичных взвешенных веществ. Примером такого рода изменений является окисление железистых солей в реке, в аэробных условиях, с образованием нерастворимой гидроокиси железа.[16]

Попадание в водоем сточных вод, содержащих суспензии, весьма неблагоприятно отражается на его состоянии. Осаждаясь, суспензии заиливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность донных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении донных осадков могут образоваться вредные соединения и даже отравляющие вещества, такие, как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняет также проникновение света в глубь воды и задерживает процессы фотосинтеза в водяных растениях, особенно в водорослях, которые под действием солнечного света образуют кислород, необходимый для окисления органических загрязнений.

Загрязнения, попадающие в сточные воды в растворимом состоянии, содержат большое количество минеральных и органических соединений. Многие из этих соединений оказывают вредное или отравляющее действие на растительные и животные организмы, живущие в воде, и приводят к тому, что вода становится непригодной для употребления в коммунальном хозяйстве и промышленности.

К минеральным токсическим соединениям можно отнести соли свинца, мышьяка, фтора, хрома меди. Токсическим действием отличаются также кислоты и основания, поскольку они вызывают изменения pH среды, доводя его до величины ниже 6,5 или выше 8,0. при таких изменениях наступает гибель или приостанавливается жизнедеятельность организмов, принимающих активное участие в процессе самоочищения водоемов.[17]

Все более становится проблема загрязнения поверхностных вод органическими соединениями, неблагоприятно отражающегося на вкусовых качествах и запахе воды. Органические соединения с трудом поддаются разложению, замедляя в тоже время биологические процессы, имеющие решающее значения для самоочищения поверхностных вод.

Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное воздействие оказывают все загрязнения, которые, так или иначе, способствуют снижению содержанию кислорода в воде. Поверхностно- активные вещества- жиры, масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствуют газовому обмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщения воды кислородом.

Основную группу соединений составляют соединения, вредное действие которых вызывается расходованием растворенного в воде кислорода на процессы их разложения и окисления. Загрязнения могут подвергнуться окислению в результате химических или биологических процессов. Например, сульфиты в водной среде, содержащей кислород, при соответствующем pH подвергаются химическому окислению до образования сульфатов, а закисные соли железа - до образования окисных солей. Органические загрязнения городских и промышленных стоков окисляются в результате биологических процессов. В сточных водах пищевой промышленности загрязнения содержатся главным образом в виде растворимых органических соединений - углеводов, органических кислот, белков и жиров, которые при растворении в воде подвергаются биологическому окислению.

Среди загрязнений, сбрасываемых в поверхностные воды, значительное место занимают соединения, приводящие к возникновению в воде неприятного запаха и вкуса, что особенно недопустимо в случаях, когда вода предназначается для хозяйственных нужд и нужд пищевых производств. Присутствие некоторых минеральных веществ, например, соединений железа, даже в ничтожных концентрациях значительно ухудшает вкус воды. Неприятный запах и вкус придают воде сероводород, который образуется в анаэробных условиях в результате биологических процессов восстановления сернистых соединений, и хлорфенол, который образуется при хлорировании воды, содержащей фенол.[10]

1.2.1 Влияние органических загрязнений на состояние водоемов

В состав органических загрязнителей входят главным образом углерод, водород, кислород и азот. Окисление этих элементов обуславливают многие неблагоприятные ситуации, создающиеся в загрязненных реках и озерах.

При попадании органических веществ со сточными водами концентрация растворенного кислорода уменьшается. Это вызвано окислением органических веществ бактериями или простейшими. Естественное перемешивание воды с воздухом в принципе способно возместить удаленный кислород, однако это происходит не сразу. Поначалу возникает конкуренция между факторами, способствующими обеднению воды кислородом и факторов, восстанавливающими содержание кислорода в воде.

В потоке выделяются четыре основные зоны:

1) зона чистой воды (высокий уровень растворенного кислорода) выше места сброса сточных вод;

2) зона ухудшения качества воды (уровень растворенного кислорода падает);

3) зона ущерба (относительно постоянный и очень низкий уровень растворенного кислорода);

4) зона восстановления (повышение уровня растворенного кислорода).

Зона чистой воды. Эта зона находится вверх по течению от источника сброса сточных вод; здесь в чистой воде обитают рыбы, моллюски, личинки поденок и ручейников и многие другие виды. Чтобы выжить, этим животным требуется растворенный в воде кислород. Если концентрация кислорода в воде снижается, то эти чувствительные к кислороду виды исчезают первыми. К ним относятся форель, окунь, лосось, минога.

Зона ухудшения качества воды. Эта зона находится ниже по течению от места сброса в реку органических отходов. Виды, которые способны выживать при несколько пониженных уровнях растворенного кислорода, называются умеренно толерантными. К этим видам относятся: мокрица, бокоплав, моллюск, прудовик, пиявка и некоторые виды водорослей и простейших.

Зона ущерба. Эта зона, следующая за зоной ухудшения качества воды, характеризуется тем, что растворенный в воде кислород практически отсутствует. При крайне низкой концентрации кислорода в воде способны выживать лишь немногие виды, а многочисленные виды, которые характерны для чистой воды, полностью исчезают. Их замещает группа организмов, называемых толерантными вследствие их способности обитать в условиях крайне низкого содержания кислорода. Один из таких организмов - трубочник, питающийся различными остатками и способный существовать при содержании кислорода в воде всего 0,5 мг/л. Другой обитатель загрязненного донного ила - личинка - крыска. Эта личинка дышит при помощи длинной дыхательной трубки, достигающей поверхности воды. Их может быть так много, что они покрывают сплошным колеблющимся красным ковром все дно ручья или речки. Еще один обитатель этой зоны - красная личинка комара- дергуна, или «мотыль». Как и трубочник, она питается донным илом.

В зоне чистой воды многие виды сосуществуют в тесном соседстве друг с другом, причем каждый вид представлен умеренным числом особей. В зоне ущерба обитает очень небольшое число видов, но численность их может быть колоссальной. Если в зоне ущерба не удается обнаружить большого количества организмов, устойчивых к загрязнениям, то весьма вероятно, что какие-либо ядовитые химические отходы препятствуют увеличению их числа.

Зона восстановления. За зоной ущерба следует зона восстановления. Здесь воды становится чище и пропускает солнечный свет. В результате этого содержание кислорода воде увеличивается до более приемлемых значений. С осветлением воды и восстановлением количества кислорода в воде начинают появляться водоросли. Их присутствие может привести к колебаниям содержания кислорода в воде. В дневные часы водоросли выделяют кислород как побочный продукт фотосинтеза. Однако ночью дыхание водорослей и их разложение приводит к вторичному уменьшению концентрации кислорода. Эти вызванные наличием водорослей колебания содержания кислорода в воде могут привести к тому, что типичное водное сообщество, организмы которого требуют для своего существования кислорода, уже не восстановятся. Ниже зоны восстановления могут снова появиться виды, характерные для зоны чистой воды. Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей.[11]

1.2.2 Влияние неорганических соединений на состояние водоемов

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения меди, цинка, кадмия, меди, фтора, хлора, ртути, свинца, цианида, роданида. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен на рисунке 1



Рисунок 1 - Токсический эффект наиболее распространенных загрязнителей

Степень токсичности:

0 - отсутствует;

1 - очень слабая;

2 - слабая;

3 - сильная;

4 - очень сильная.

Загрязнения не обязательно должны быть токсичными, чтобы вызвать гибель водных организмов и ли снизить качество воды. Примерами таких загрязнений могут служить фосфаты и нитраты.

Углерод, кислород, водород, азот в форме нитратов, фосфор в виде фосфатов относятся к элементам питания, т.е. это «пища», необходимая для роста и развития растений. В небольших количествах им требуются даже другие элементы, в частности железо, медь и кальций.

Озера с большим количеством этих необходимых растениям элементов называют эвтрофными.[11]

Эвтрофикацией называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов», в первую очередь соединений азота и фосфора. Эвтрофикация -- нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна. Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности. Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий.

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

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

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако донная растительность из-за эвтрофикации погибает, и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается, между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно расходуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донной и придонной фауны. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, практически полностью разрушая или очень сильно трансформируя его экосистемы, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.[17]

1.2.3 Последствия теплового загрязнения естественных водоёмов

Повышение температуры в водоёмах пагубно влияет на жизнь водных организмов. В течение длительной эволюции холоднокровные обитатели водной среды приспособились к определённому интервалу температур. Для каждого вида существует температурный оптимум, который на определённых стадиях жизненного цикла может несколько изменяться. В определённых пределах эти организмы способны приспосабливаться к жизни при более высоких или более низких температурах. Если организм живет в условиях самых высоких температур присущего ему интервала, он настолько к ним приспосабливается, что гибель его может наступать при температурах несколько более высоких, чем для организма, постоянно живущего в условиях более низких температур. Большая часть водных организмов быстрее приспосабливается к жизни в более тёплой воде, нежели в более холодной. Однако эта способность к адаптации не имеет абсолютных максимальных или минимальных пределов и меняется в зависимости от вида.

В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают.

Тепловой шок - это крайний результат теплового загрязнения.

Результатом сброса в водоёмы нагретых стоков могут быть иные, более коварные последствия. Одним из них является влияние на процессы обмена веществ. Согласно закону Ван Гоффа, скорость химической реакции удваивается с увеличением температуры на каждые 10єС. Поскольку температура тела холоднокровных организмов регулируется температурой окружающей водной среды, повышение температуры воды усиливает скорость обмена веществ у рыб и водных беспозвоночных. В свою очередь это повышает их потребность в кислороде. В то же самое в результате повышения температуры воды содержание в ней кислорода падает, тогда как потребность в нём живых организмов возрастает. Возросшая потребность в кислороде, его нехватка вызывают жестокий физиологический стресс и даже смерть. В летнее время повышение температуры воды всего на несколько градусов может вызвать 100%- ную гибель рыб и беспозвоночных, особенно тех, которые обитают у южных границ температурного интервала.

Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб - вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию. Если разрушающая сила электростанций превышает способность видов к самовосстановлению, популяция приходит в упадок.

Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются.

Если тепловое загрязнение усугубляется поступлением в водоём органических и минеральных веществ, происходит процесс эвтрофикации, то есть резкого повышения продуктивности водоёма. Азот и фосфор, служа питанием для водорослей, в том числе микроскопических, позволяет последним резко усилить свой рост. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего идёт процесс их массового отмирания и гниения, сопровождающийся ускоренным потреблением кислорода, вплоть до полного его исчерпания. А в этом случае, как уже говорилось, вся экосистема может погибнуть.

Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека. Ущербы, образовавшиеся в результате теплового загрязнения, можно разделить на: экономические (потери вследствие снижения продуктивности водоёмов, затраты на ликвидацию последствий от загрязнения); социальные (эстетический ущерб от деградации ландшафтов); экологические (необратимые разрушения уникальных экосистем, исчезновение видов, генетический ущерб).[16]

1.2.4 Влияние СПАВ на состояние водоемов

Эти соединения относятся к «экологически жестким»: они очень трудно ассимилируются водной средой и крайне неблагоприятно изменяют состояние водоемов. На их окисление расходуется много растворенного кислорода, а это сокращает распад в воде других вредных примесей. Под воздействием даже небольших количеств СПАВ в водоемах образуется обильная и стойкая пена, которая скапливается там, где течение реки задерживается плотинами, запрудами, шлюзами и другими перегораживающими устройствами. Способность к пенообразованию проявляется у большинства СПАВ уже при концентрации 1 - мг/л и не устраняется в процессе очистки сточных вод. Поступая в водоемы и водотоки, пена распространяется на значительные расстояния, осаждается на берегах, разносится ветром. Присутствие детергентов резко ухудшает органолептические свойства воды: уже при концентрациях ПАВ 1 - 3 мг/л вода приобретает неприятный вкус и запах, интенсивность которых зависит от химической природы детергента. Наличие в воде ПАВ снижает ее способность насыщаться кислородом. На равнинных реках уже при их концентрациях 1 мг/л интенсивность аэрации может понизиться на 60%.

Присутствие в водоемах поверхностно - активных веществ изменяет химический состав природных вод и естественный ход протекающих в них химических и биохимических процессов, угнетающе действует на биоценозы водной среды, у рыб СПАВ вызывают жаберное кровотечение и удушье, у теплокровных животных - нарушения химических процессов в клеточных мембранах, вызывает гибель многих гидробионтов. Так, смертельная концентрация ПАВ для многих рыб составляет 3 - 5 мг/л, для планктона - около 1 мг/л. При содержании в воде 120 мг/л детергентов анионного или 71 мг/л катионного типа резко замедляется рост водорослей. При этом нельзя не учитывать возможный эффект совместного действия ПАВ и других токсикантов, поступающих в природные воды, например, пестицидов. Присутствие в воде и на побережьях большого количества ПАВ снижает эстетическую ценность водных объектов и возможность их использования для целей рекреации. К тому же фосфорсодержащие детергенты способствуют развитию процесса эвтрофикации водоемов.

ПАВ парализует деятельность микроорганизмов, разрушающих органические вещества, при этом они плохо поддаются биохимическому разложению в водоемах: за три недели содержание синтетических ПАВ снижается на 20 - 50 %, затем их разложение идет еще более медленными темпами и через 6 месяцев в воде еще остается 20 - 45 % от исходного количества.[6]

1.2.5 Влияние нефтепродуктов на водную флору и фауну

Все компоненты нефти - токсичны для морских организмов. Нефть влияет на структуру сообщества морских животных. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие. Так, обильно развиваются микроорганизмы, питающиеся нефтяными углеводородами, а биомасса этих микроорганизмов ядовита для многих морских обитателей. Доказано, что очень опасно длительное хроническое воздействие даже небольших концентраций нефти. При этом постепенно падает первичная биологическая продуктивность моря. У нефти есть еще одно неприятное побочное свойство. Ее углеводороды способны растворять в себе ряд других загрязняющих веществ, таких, как пестициды, тяжелые металлы, которые вместе с нефтью концентрируются в приповерхностном слое и еще более отравляют его. Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и канцерогенной природы, например бенз(а)пирен. Сейчас получены многочисленные доказательства наличия мутагенных эффектов загрязненной морской среды. Бенз(а)пирен активно циркулирует по морским пищевым цепочкам и попадает в пищу людей.

Наибольшие количества нефти сосредоточены в тонком приповерхностном слое морской воды, играющем особенно важную роль для различных сторон жизни океана. В нем сосредоточено множество организмов, этот слой играет роль "детского сада" для многих популяций. Поверхностные нефтяные пленки нарушают газообмен между атмосферой и океаном. Претерпевают изменения процессы растворения и выделения кислорода, углекислого газа, теплообмена, меняется отражательная способность (альбедо) морской воды.

Больше всего страдают от нефти птицы, особенно когда загрязняются прибрежные воды. Нефть склеивает оперенье, оно утрачивает теплоизолирующие свойства, и, кроме того, птица, выпачканная в нефти , не может плавать. Птицы замерзают и тонут. Даже чистка перьев растворителями не позволяет спасти всех пострадавших.Остальные обитатели моря страдают меньше. Многочисленные исследования показали, что нефть, попавшая в море, не создаёт ни постоянной, ни долговременной опасности для живущих в воде организмов и не накапливает в них, так что её попадание в человека по пищевой цепи исключено.По последним данным, значительный вред флоре и фауне может быть нанесен только в отдельных случаях. [17]

1.2.6 Сокращение запасов пресных вод из-за загрязнения

Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. км в год. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 мм. Часть ее вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Природный дистиллятор питается энергией Солнца и отбирает примерно 20% этой энергии.

Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно

возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод - 85% сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10 - 12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек.

Реки всегда были источником пресной воды. Но в современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой. И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя бы и очищенных, и водного стока рек.[17]

Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30 -35 тыс. км пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км очищенной сточной воды "портит" 10 км речной воды, а не очищенной - в 3 - 5 раз больше. Количество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не пригодной для потребления.

Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод.

Запасы пресной воды потенциально велики. Однако в любом районе мира они могут истощиться из-за нерационального водопользования или загрязнения. Число таких мест растет, охватывая целые географические районы. Потребность в воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят от региона и уровня жизни и составляет от 3 до 700 л в сутки на одного человека.

Потребление воды промышленностью также зависит от экономического развития данного района. Например, в Канаде промышленность потребляет 84% всего водозабора, а в Индии - 1%. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит почти 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей потребляемой воды.

Сток рек изменяется в зависимости от колебаний климата. Вмешательство человека в естественные процессы затронуло уже и речной сток. Для регулирования стока рек, не равномерного в течение года, построено 1500 водохранилищ (они регулируют до 9% всего стока). На сток рек Дальнего Востока, Сибири и Севера европейской части страны хозяйственная деятельность человека пока почти не повлияла. Однако в наиболее обжитых районах он сократился на 8%, а у таких рек, как Терек, Дон, Днестр и Урал, - на 11-20%. Заметно уменьшился водный сток в Волге, Сырдарье и Амударье. В итоге сократился приток воды к Азовскому морю - на 23%, к Аральскому - на 33%. Уровень Арала упал на 12,5 м.

Ограниченные и даже скудные во многих странах запасы пресных вод значительно сокращаются из-за загрязнения.[16]

1.3 Влияние загрязненных природных вод на здоровье человека

Значение воды для поддержания здоровья населения на высоком уровне обусловлено той ролью, которую она играет для удовлетворения физиологических и гигиенических потребностей, а также рекреационных целей.

Согласно данным ООН, в мире выпускается около 1 млн. наименовании в год ранее не существовавшей продукции, в том числе до 100 тыс. химических соединений, из которых почти 15 тыс. являются потенциальными токсикантами.

Росту числа заболеваний, обусловленных загрязнением воды, способствует тот факт, что на очистные сооружения водопроводных станций поступает вода низкого качества. По оценкам американских ученых, многие реки, используемые как источники питьевой воды, содержат не менее 10% очищенных сточных вод.

Попытки выявить интоксикации или заболевания, связанные с загрязнением водоисточников химическими веществами, предпринимаются с середины 20 века. Однако, несмотря на интенсивное загрязнение рек и озер ксенобиотиками, достоверные данные о влиянии их на здоровье человека ограничены, а подчас ненадежны и разноречивы. С одной стороны, это - следствие того, что участки водоемов, используемые для хозяйственно - питьевого водоснабжения, находятся в зонах санитарной охраны, а, следовательно, под строгим санитарным контролем. С другой стороны, интенсивное загрязнение водного объекта, как правило, исключает неорганизованное использование его для питьевых целей либо по эстетическим соображениям, либо из-за неблагоприятных органолептических свойств воды.

Сказанное выше никоим образом не снимает остроты проблемы охраны здоровья в связи с химическим загрязнением водных объектов. Следует помнить, что очистные сооружения водопроводной станции не обладают барьерной функцией по отношению к растворенным в воде химическим веществам. Более того, не исключается возможность неблагоприятного действия растворенных в воде веществ опосредовано, через биологические цепи.