Экологические и гигиенические проблемы гидросферы

Вестник РГМУ, 2006, №4 /51/
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГИДРОСФЕРЫ,
ОБУСЛОВЛЕННЫЕ АНТРОПОГЕННЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ
Ю.П. Пивоваров
Кафедра гигиены и основ экологии человека ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
(зав. кафедрой – акад. РАМН проф. Ю.П. Пивоваров)
Загрязнения, поступающие в атмосферу
нашей планеты, в конечном счете поступают
на поверхность почвы и водных объектов, откуда они в последующем попадают в грунтовые и межпластовые воды, а также сливаются
в водоемы.
Во всех странах мира состояние и качество естественных природных вод составляют предмет особой заботы. Основной ущерб
водной среде наносит человек. Потребление
воды промышленностью и сельским хозяйством достигло в современном мире огромных размеров, причем значительная часть
этой воды уходит в так называемые «безвозвратные потери». По оценкам специалистов,
ежегодный расход пресной воды составляет
порядка 3000 км3, причем около 150 км3 уходит в безвозвратные потери. Самое большое
количество воды потребляет сельское хозяйство для целей мелиорации, 3/4 которой безвозвратно утрачивается за счет испарения.
Большое количество воды используется и в
промышленном производстве на цели приготовления разнообразных растворов, мытья
оборудования и аппаратуры, помещений и
тары, на удаление отходов. Огромные количества воды используются в качестве теплоносителя и для охлаждения. Велики объемы потребления воды и на нужды человека: для питья, приготовления пищи, умывания, уборки
жилья и стирки. Город с населением порядка
3–5 млн. человек расходует в год более 1 км3
воды. При этом человек берет для своих нужд,
нужд промышленности и сельского хозяйства
чистую воду, а возвращает ее в природную
среду с высоким уровнем загрязнения.
Основными источниками загрязнения
природных вод являются:
80
•
атмосферные воды, содержащие массы
вымываемых из воздуха химических веществ промышленного происхождения;
• ливневые стоки, вовлекающие с собой большое количество разнообразных веществ,
загрязняющих городские улицы и площади,
производственные площадки, сельскохозяйственные земли, зеленые зоны, лесные
массивы и другие территории;
• хозяйственно-бытовые сточные воды, содержащие канализационные стоки, а также большое количество бытовых химических веществ;
• промышленные сточные воды, образующиеся во всех отраслях производства, но
особенно в целлюлозно-бумажной, черной и цветной металлургии, энергетике,
химической и нефтеперерабатывающей
промышленности;
• химические аэрозоли и пылевые частицы,
осаждающиеся из воздуха.
Наиболее выраженному антропогенному
воздействию подвергаются поверхностные
водоемы. Химический состав загрязнителей,
поступающих в водоемы со сточными водами и вымываемых из атмосферы, может быть
весьма разнообразным. Загрязняющие продукты окисляются, потребляя из воды большое количество растворенного в ней кислорода. По мере своего разбавления в водоемах
данные стоки могут стать хорошей средой для
интенсивного развития некоторых грибов, например Leptomitus lacteus, что влечет за собой
еще большее ухудшение состояния водоемов
в результате дополнительного вторичного органического загрязнения.
Особенно сильно портят природную воду
технические стоки химических, нефтеперера-
Пивоваров Ю.П.
Экологические и гигиенические проблемы гидросферы, обусловленные антропогенным загрязнением
батывающих, металлургических, кожевенных
заводов, текстильных и бумажно-целлюлозных
фабрик, мясокомбинатов и других предприятий. Ряд последствий загрязнения воды может
быть установлен при ее химическом исследовании. Так, наличие в речной воде соединений
азота обычно связано с поступлением органических веществ животного или растительного
происхождения.
Повышенное содержание органических
веществ, как правило, сопровождается и ростом бактериальной обсемененности воды рек,
протекающих через густонаселенные районы.
Например, в водах реки Москвы число колоний достигает 428500 в 1 мл, в реке Неве – до
22999, в каналах Санкт-Петербурга – 600000 и
более (М.П. Захарченко и др.,1993).
Изменение естественного рН водоемов с
последующей гибелью водных растений, микроорганизмов, планктона и рыб может происходить и в результате поступления в водоемы
сточных вод промышленных предприятий,
интенсивно загрязненных кислотами и щелочами.
С развитием крупных городов и промышленности потребление воды и, соответственно,
количество жидких отходов постоянно растет.
Города мира ежегодно сбрасывают в водоемы
более 500 млрд. м3 сточных вод, из которых
только половина подвергается предварительной очистке, причем не в полном объеме. В результате многие реки Европы – Темза, Сена, Дунай, Рейн подвергаются интенсивному загрязнению. Аналогичная ситуация наблюдается и в
нашей стране. Так, только в 1990 г. в воды Волги было сброшено 50,8 тыс. т сульфатов, 118,3
тыс. т фенолов, 302 тыс. т органических соединений и 1,8 тыс. т ионов хрома, свинца, цинка и
меди. Поскольку вода является универсальным
растворителем, реки и их притоки собирают
загрязнения с огромных площадей. Например,
крупнейшая река Северной Америки Миссисипи аккумулирует загрязнения с территории, на
которой расположено 3/4 «грязной» промышленности США. Это нефтехимические заводы,
угольные шахты, молибденовые рудники, черная металлургия и др. Интенсивно загрязнены
сточными водами и Великие озера Америки. В
систему входит 42 озера, из которых наиболее
загрязненными являются озера Гудзон и Мичи-
ган. В отличие от большинства проточных вод,
Великие озера, содержащие 90% пресной воды
региона, работают наподобие сточного колодца, вбирающего в себя сточные воды, сливы с
хлопковых плантаций и всю дождевую влагу.
Высокий уровень загрязнения вод этих озер
привел к нарушениям репродукции в колониях
бакланов и крачек, живущих в них.
Неблагополучная обстановка сложилась и
на пресных водоемах нашей страны. Постоянные загрязнения реки Невы создают трудности
в водоснабжении населения Санкт-Петербурга.
По всему течению реки обнаруживаются фенолы и соединения меди, часто в концентрациях,
превышающих предельно допустимые. В воде
некоторых рек обнаруживаются хлорорганические пестициды, запрещенные многие годы назад к использованию в сельском хозяйстве. Вообще сеть озер и рек Ленинградской области
буквально на глазах подвергается необратимому процессу уничтожения. Биогенные сбросы,
ядохимикаты и другие загрязняющие вещества
разносятся по водоемам всей области, засоряя,
а в ряде случаев и отравляя их.
Река Обь, образуемая слиянием рек Бия и
Катунь, на всем своем течении от Алтая до Северного Ледовитого океана содержит большое
количество вредных веществ. Только на территории Алтая в нее сбрасывается более 110 млн.
м3 загрязненных сточных вод. В городах Барнаул, Бийск, Рубцовск, Камень-на-Оби отсутствуют очистные сооружения ливневых сточных вод, и в воду реки выносятся взвешенные
вещества и нефтепродукты в концентрациях,
достигающих 80 ПДК.
В тяжелом экологическом положении
находится и Волга – крупнейшая река нашей
страны и Европы. Волжский водосбор, включающий около 150 тысяч рек, речек и ключей,
в том числе такие крупные реки, как Кама, Ока,
Белая, занимает четвертую часть площади европейской части страны, на территории которой
проживает 60 млн. человек. На этой территории производится более 30% промышленной и
сельскохозяйственной продукции страны. Объем загрязненных сточных вод, сбрасываемых в
бассейн Волги, составляет 37% общего стока
России. В районе расположения крупных промышленных предприятий и городов верховий
Волги (гор. Рыбинск, гор. Ярославль) отмечена
81
Вестник РГМУ, 2006, №4 /51/
высокая загрязненность воды нефтепродуктами, вода проявляет мутагенную активность.
Среднегодовые концентрации загрязняющих
веществ в нижнем течении реки Москвы превышают ПДК в 3–5 раз по нефтепродуктам и
аммонийному азоту и в 5–10 раз – по нитратному азоту.
Помимо промышленных загрязнений, в
воду озер и рек попадают удобрения с полей,
пестициды и ядохимикаты, используемые в
сельском хозяйстве. Перечисленные вещества
обладают выраженной активностью в отношении микрофлоры водоемов и их обитателей.
Одним из показателей интенсивного загрязнения водоемов, особенно крупных водохранилищ, является их бурное цветение в летний период. Причиной цветения (позеленения)
воды являются мельчайшие водоросли, размножающиеся в огромных количествах за счет
высокого содержания в воде таких продуктов
загрязнения, как соединения азота и фосфора, являющихся для них питательной средой.
Основной источник поступления таких веществ в воду – вымывание их с прибрежных
полей метеорологическими водами. Процесс
цветения наносит существенный ущерб водоемам, ибо приводит к обеднению воды кислородом, ухудшению ее качества и, как следствие,
массовой гибели рыбы.
Поступление в воду открытых водоисточников разнообразных химических веществ
приводит к тому, что уже в наши дни отмечен
ряд заболеваний, обусловленных загрязнением
воды. В качестве примера можно привести зарегистрированные в Японии болезни Минамата и «итай-итай». Первое – хроническое заболевание центральной нервной системы у людей,
обусловленное использованием в пищу рыбы и
крабов, выловленных в заливе Минамата, куда
сбрасывались ядовитые сточные воды. При
втором массовом заболевании, поражающем
костный аппарат человека, в качестве причины
отмечается загрязнение воды рисовых плантаций токсичным металлом – кадмием.
Загрязнение воды открытых водоемов
патогенной микрофлорой является причиной
заболеваний холерой, брюшным тифом, дизентерией, дракункулезом, онхоцеркозом, бильгарциозом и др. Специалисты ВОЗ связывают рост числа указанных заболеваний в ряде
82
стран мира, прежде всего в Африке и Азии, с
увеличением поступления в водоемы большого количества микроорганизмов. Однако
большое значение имеет и тот факт, что рост
загрязнения воды снижает ее способность к самоочищению, увеличивает сроки выживания
патогенных микроорганизмов и гельминтов в
окружающей среде.
Разнообразные загрязнения могут попадать и в подземные воды (грунтовые и межпластовые). Значительные участки загрязненных
подземных вод образуются на промышленных площадках при утечках технологических
и сточных вод, а также вблизи фильтрующих
земляных сооружений, используемых для сбора, хранения или испарения жидких отходов
производства («промышленные бассейны»).
На сельскохозяйственных территориях при
интенсивном и подчас недостаточно контролируемом использовании пестицидов, ядохимикатов и минеральных удобрений последние
вместе с оросительными водами и атмосферными осадками проникают в грунтовые воды и
загрязняют их. Из удобрений легко переходят
в воду азот, аммиак, сульфаты, хлориды, марганец и др.
Биологическое загрязнение подземных
вод может быть вызвано различными микроорганизмами – водорослями, бактериями,
вирусами. Наиболее опасными являются загрязнения патогенными микроорганизмами,
поступающими в грунтовые воды на участках
интенсивной и длительной фильтрации хозяйственно-бытовых вод – с полей фильтрации,
выгребных ям, скотных дворов, дефектной канализационной сети и др. В условиях низких
температур (4–8°С), характерных для подземных вод, микроорганизмы длительное время
сохраняют жизнеспособность.
Борьба с загрязнением, уже попавшим
в водоносный горизонт, представляет собой
очень сложную задачу и требует дорогостоящих, часто труднореализуемых мероприятий.
При большом накоплении в пласте загрязняющих веществ и при низких фильтрационных свойствах пород время, необходимое для
полного извлечения загрязнений из пород и
подземных вод, может измеряться десятками
и даже сотнями лет. В тех случаях, когда очаг
загрязнения имеет большую площадь, а мощ-
Пивоваров Ю.П.
Экологические и гигиенические проблемы гидросферы, обусловленные антропогенным загрязнением
ность водоносных пород велика, ликвидиро- моющих средств и др. (см. таблицу).
вать загрязнение подземных вод вообще не
Наибольшую опасность для морских экоудается. Такой участок водоносного пласта, в систем представляет нефтяное загрязнение.
ряде случаев со значительными запасами под- Нефтепродукты не смешиваются с водой, а обТаблица
Антропогенная нагрузка на Мировой океан по основным загрязняющим веществам
(по Ю.А. Израэлю и др., 1989)
Загрязняющее
вещество
Свинец
Ртуть
Кадмий
Нефть
ПХБ
Пестициды
Сток, т/год
естественный
антропогенный
5
1,8×10
2,1×106
3
7,0×103
1,7×104
1,7×104
6,0×105
4,4×106
–
8,0×103
–
1,1×104
земных вод, практически безвозвратно теряется. Отсюда важнейшей является задача предупреждения возможности загрязнения подземных вод путем осуществления своевременных
и эффективных профилактических мероприятий, направленных на защиту подземных вод
от их загрязнения.
Серьезной экологической проблемой в
наши дни является загрязнение Мирового океана, причем проблема эта носит глобальный характер. Мировой океан превращается в гигантскую свалку, куда в конечном счете поступают
все отходы производственной деятельности человечества – нефтяные, минеральные, радиоактивные, биологические и др. Постоянно увеличивающаяся нагрузка на Мировой океан ведет к
постепенной деградации морских экосистем.
Моря загрязняются в результате прямого
сброса, поступления загрязнений с водой впадающих в них рек, в результате аварий морских
судов, в том числе танкеров, за счет прямого
осаждения различных видов загрязнений из
атмосферы и другими путями. Последствием
такого загрязнения может быть включение загрязнителей в «пищевую цепь» продуктов морского происхождения.
По расчетам ученых, ежегодно в Мировой
океан поступает более 1 млрд. т различных химических соединений, спектр которых составляет сотни тысяч веществ в виде солей металлов, химических ядов, пестицидов, удобрений,
Доля антропогенного
стока, %
92
70
50
88
100
100
разуя на ее поверхности пленку, препятствуют
воздухообмену между водой и атмосферой. В
результате обеднения воды кислородом погибает планктон и, как следствие этого, нарушается жизнедеятельность других обитателей моря
– рыбы и водоплавающей птицы. Применительно к последним опасность связана и с тем, что
нефтепродукты склеивают перьевой покров
птицы, в результате чего она может погибнуть.
Пленка нефтепродуктов нарушает не только поступление кислорода воздуха в воду, но и обратный процесс. По расчетам ученых, около 50%
кислорода, поступающего в атмосферу, продуцируется микроскопическими водорослями
океанов. Нарушается и испарение океанических
вод, обеспечивающих до 80% влаги, поступающей в атмосферу. Испарение нарушают также
поверхностно-активные вещества (детергенты),
использование которых в быту и технике постоянно растет.
Нефтепродукты попадают в океан в результате аварий танкеров и буровых вышек, добывающих нефть с шельфа. Однако наиболее
массивным источником их поступления в океан являются балластные воды, сбрасываемые
с танкеров и иных судов. В настоящее время,
по данным ЮНЕСКО, около 30% поверхности
океанов загрязнено нефтепродуктами.
Океанические воды загрязняются и другими продуктами – химическими веществами, в том числе токсичными, ядохимикатами,
83
Вестник РГМУ, 2006, №4 /51/
ПАВ, канцерогенами, микроорганизмами и т.д.
Основными источниками загрязнения являются промышленные и бытовые сточные воды, а
также осаждение из загрязненной атмосферы,
как и применительно к пресным поверхностным водоемам.
Водные экосистемы вообще и морские в
частности чрезвычайно чувствительны к воздействию загрязнений, так как процессы самоочищения и восстановления водных экосистем
происходят достаточно медленно. Не следует
забывать и тот факт, что поступающие в моря
загрязнители могут включаться в пищевую
цепь и явиться причиной заболеваний людей.
Подобное неблагоприятное влияние на человека тем более вероятно, что моря и океаны
являются источником большого количества
морепродуктов, используемых для пищевых
целей. Такие продукты для некоторых стран,
например Японии, являются основными в питании населения.Таким образом, проблемы
гидросферы нашей планеты в настоящее время
выходят по своей значимости на одно из первых мест и требуют своего решения.
ECOLOGICAL AND HYGIENIC PROBLEMS OF HYDROSPHERE DEPENDING
ON ANTHROPOGENIC POLLUTION
Yu.P.Pivovarov
Department of hygiene and basis of human being ecology, RSMU
The article deals with ecologohygeinic problems in conservation and optimization of water resources of our planet.
Main causes for surface and underground water pollution are pointed out. It is given the characteristic of serious consequences of hydrosphere pollution and their direct and indirect influence on people health.
84