Особенности загрязнения малых рек на урбанизированных территориях

                Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное  государственное  бюджетное учреждение

высшего профессионального  образования 

«Пермская государственная  сельскохозяйственная академия

им. академика Д.Н. Прянишникова».

 

Факультет почвоведения, агрохимии, экологии и товароведения

 

 

Кафедра экологии

 

 

Курсовая работа по дисциплине

«Основы экотоксикологии» 

на тему «Особенности загрязнения малых рек

на урбанизированных территориях»

 

 

 

                                                                 Выполнила: студентка группы БЭ-41,

                                                                 Кротова Е.А

                                                                 Руководитель: зав. кафедрой

                                                                 Пименова Е.В. 

 

 

 

 

 

 

Пермь 2013

Содержание

 

Введение ……………………………….3

1. Особенности урбанизированных территорий и водных объетов на них…...5

2. Виды загрязнений поверхностных вод. ………………………11

  2.1 Химическое загрязнение ……………………………………11

2.2 Биологическое загрязнение…...………...……………………...………...13

2.3 Физическое загрязнение………………………………………………….14

2.4 Механическое загрязнение……………………………………………….15

2.5 Истощение водных ресурсов…………………………………………......16

3. Последствия антропогенного  влияния на водоемы………………………...18

3.1 Последствия загрязнения водоемов биогенами…………………………18

3.2 Последствия загрязнения водоемов ксенобиотиками………………..…23

      3.2.1 Нефть  и нефтепродукты…………………………………………….23

      3.2.2 Синтетические  поверхностно-активные вещества(СПАВ)……….25

      3.2.3 Тяжелые  металлы (ТМ)……………………………………………...27

      3.2.4 Пестициды……………………………………………………………29

4. Мониторинг и методы  борьбы с загрязнением водоемов………………….31

Выводы …………………………………………………………………………...34

Библиографический список ……………………………………………………35

 

 

 

 

Введение:

Урбанизация территорий является одной из наиболее характерных особенностей второй половины XX и начала XXI столетия. Её негативные последствия проявляются  в ухудшении состояния всей окружающей города природной среды и особенно ощутимо сказываются на экологическом состоянии водных объектов, а это отражается на качестве жизни и здоровье жителей городов. Территории, занятые городскими поселениями, воздействуют на водные объекты, последствия факторов которых проявляются в изменениях гидрографической сети, количественных и качественных характеристиках водной среды в наибольшей степени, чем другие факторы антропогенной деятельности.

Оценки изменения качества воды и экологического состояния водотоков городских территорий, выполненные в нашей стране и за рубежом, свидетельствуют о недостаточной изученности и даже противоречивости выводов о преобладающей роли промышленных, бытовых сбросов и ливневых стоков в загрязнении малых и средних рек на городских и пригородных территориях.

Выделяют следующие виды загрязнения промышленными сточными водами: химическое, биологическое, механическое, техническое. Эти загрязнения изменяют физические, химические и биологические свойства воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.

Целью данной работы является выявление влияния урбанизации  на водную экосистему городов.

Задачи:

- выделить особенности влияния урбанизированных территорий на состояние малых рек;

- определить виды загрязнений водной экосистемы;

- определить источники загрязнения малых рек на урбанизированных территориях;

- выявить последствия  загрязнений малых рек на урбанизированных  территориях; 

- выяснить, какие созданы меры по борьбе с загрязнением водоемов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Особенности урбанизированных территорий и водных объектах на них

     Урбанизацией называется рост городов, повышение удельного веса городского населения в стране, регионе, мире, возникновение и развитие все более сложных сетей и систем городов. Следовательно, урбанизация представляет исторический процесс повышения роли городов в жизни общества, постепенное преобразование его в преимущественно городское по характеру труда, образу жизни и культуры населения, а также особенностям размещения производства. Крупный город изменяет почти все компоненты природной среды — атмосферу, растительность, почву, рельеф, гидрографическую сеть, подземные воды, грунты и даже климат (Ручин А.Б., 2009).

    Урбанизация является мощным экологическим фактором, сопровождающимся преобразованием ландшафта, земельных и водных ресурсов, массовым производством отходов, поступающих в атмосферу, водные и наземные экосистемы, поставив перед человечеством ряд экологических проблем, среди которых наиболее острыми являются уязвимость городских систем, миграция и концентрация населения, низкое качество среды обитания, потеря плодородных земель, удаление отходов (Ручин А.Б., 2009).

В городах складывается неблагоприятная  ситуация с водными объектами, которые  сильно загрязнены промышленными и  бытовыми стоками. Качество воды, используемой в России в питьевых целях, очень  низкое. Всемирная организация здравоохранения  рекомендует проводить контроль питьевой воды по 100 показателям, нарушение  которых даже в малой степени  сказывается на здоровье населения. В России контроль предусматривается  всего лишь по 20 показателям, причем довольно часто этот стандарт нарушается. По результатам исследований (1992 г) было установлено, что каждая четвертая проба не отвечала требованиям по санитарно-техническому составу, а каждая восьмая — по микробиологическим показателям.

К водной среде (водным объектам, водным ресурсам) городов относятся (Ю.Д. Дмитриевский, 1990):

- реки (главное течение и все притоки);

- озера, пруды и другие  малопроточные водоемы;

- моря, бухты и морские  заливы;

- подземные воды.

          Эти объекты очень часто находятся  в пределах города или городской  агломерации. Один из самых  сложных в экологическом отношении  вариантов взаимодействия города  и водной среды – “дельтовый  вариант”, т.е. в городах, расположенных  в дельтах крупных рек. Характер  взаимодействия зависит от хозяйственной  деятельности общества в данном  регионе, от путей и масштабов  использования водных ресурсов  и водных объектов. (А.Б. Ручин, 2009)

            Источниками загрязнения признаются  объекты, с которых осуществляется  сброс или иное поступление  в водные объекты вредных веществ,  ухудшающих качество поверхностных  вод, ограничивающих их использование,  а также негативно влияющих  на состояние дна и береговых водных объектов (Новиков Ю.В., 1998).

На территории России практически  все водоемы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве  из них не отвечают нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод выявили тенденцию к росту их загрязненности. Ежегодно увеличивается число створов с высоким уровнем загрязнения воды (более 100 ПДК) и количество случаев экстремально высокого загрязнения водных объектов (свыше 100 ПДК) загрязняющих  веществ в водных объектах (Новиков Ю.В.,1998; Протасов В.Ф.,1999).

Сточными водами называются воды, поступающие от населенных пунктов, промышленных или сельскохозяйственных предприятий и иных объектов, подлежащие очистке от различных примесей.

В зависимости от происхождения  и качественных характеристик примесей сточные воды можно разделить  на четыре основные категории (Пименова Е.В.,2012):

- промышленные;

- хозяйственно-бытовые (коммунальные, фекальные);

- атмосферные (или дождевые, ливневые);

- сельскопромышленные.

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического  и минерального происхождения, которые  находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии (Новиков  Ю.В.,1998).

Урбанизация резко повысила объем хозяйственно-бытовых стоков. Хозяйственно-бытовые стоки имеют  сравнительно постоянный качественный состав (Орлов Д.С., 2002).

К хозяйственно-бытовым сточным  водам относятся стоки душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, туалетов и др. Они содержат различные примеси, из которых примерно 58% органических и 42% минеральных веществ. Принято читать, что в сточные воды в сутки поступает на одного человека в граммах: аммонийного азота – 7-8; хлоридов –  8-9; калия –  3; фосфатов – 1,5-1,8; органических веществ – 5-7. Из органических веществ в сочных водах присутствует мочевина (до40%), мыла (до 23,5%), жиры, крахмал и т.д. Одним из самых загрязненных составляющих бытового стока является моча. В ее составе обнаружено 229 химических соединений, в том числе 103 азотосодержащих веществ, 30 электролитов, 22 витамина, 38 гормонов, 10 энзимов, а также углеводы, липиды, органические кислоты (Пименова Е.В.,2012).

Атмосферные сточные воды образуются в результате выпадения  дождей или при таянии снега при  смывании образующимися потоками воды загрязняющих веществ в селитебных территорий, в том числе городских улиц, промышленных площадок и т.д. (Пименова Е.В., 2012).

Дождевые и снеговые воды – основной источник пополнения континентальных  водоемов, грунтовых и артезианских вод. Состав дождевых  и снеговых вод подвержен значительным колебаниям и зависит от количества примесей в воздухе, промываемом атмосферными водами. Вдали от промышленных предприятий состав дождевых и снеговых вод определяется близостью моря, степенью засоленности почвы и т.д. Вблизи промышленных центров атмосферные воды насыщаются веществами, содержащимися в газовых выбросах предприятий (Голубовская Э.К., 1978).

В процессе выпадения дождевых осадков, или в период снеготаяния, происходит смыв дорожного смета  с урбанизированных территорий в  водные объекты, что существенно  влияет на качественные характеристики вод – содержание загрязняющих веществ  и микробиологическое загрязнение  (Мануйлов М.Б., 2009).

На урбанизированных территориях  за бездождевые периоды времени, или за интервалы между снеготаяниями, происходит процесс формирования загрязняющих  веществ, получивших  название   «дорожный  смет».

Частицы, формирующие дорожный смет, имеют размеры от долей мкм до 2000-2500  мкм.   Источниками их происхождения являются –  продукты разрушения дорожных покрытий при грузоперевозках и под действием атмосферных процессов, осадимые аэрозоли автотранспортного, промышленного и эрозионного происхождения;  частицы, образующиеся при истирании автомобильных шин о поверхности дорог частицы почвенного происхождения, переносимые автотранспортными потоками из зон с грунтовыми дорогами, строительных площадок и т.п., на более благоустроенные территории (Мануйлов М.Б.,2009).

Наиболее сложны по составу  сточные воды промышленных предприятий. На формирование производственных сточных  вод влияет вид перерабатываемого  сырья, технологический процесс  производства, применяемые реагенты, промежуточные изделия и продукты, состав исходной воды, местные условия и др.

Промышленными сточными водами называют жидкие отходы, которые образуются при добыче органического и неорганического  сырья и его переработке в промышленную продукцию, а также в процессе изготовления из него товаров широкого потребления. В зависимости от конечного получаемого продукта и применяемой технологии они содержат разнообразные минеральные и органические вещества (Пименова Е.В.,2012).

Промышленные сточные  воды подразделяются на загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Условно чистыми водами являются воды, получающиеся в процессах охлаждения, конденсации и т.д. Эти воды охлаждаются в городских прудах ли градирных, очищаются от механических примесей и масел, а затем возвращаются в производство при небольшой добавке свежей воды (Голубовская Э.К., 1978).

В числе промышленных стоков, поступающих в реки, следует особо отметить шахтные воды и сбросы, поставляемые предприятиями по обогащению добываемых руд. Вблизи таких фабрик накапливаются отходы, образующие так называемые хвостохранилища, из которых большое количество загрязнителей вымывается атмосферными осадками и поступает в близлежащие реки (Братков В.В.,2005).

Загрязненные промышленные сточные воды подразделяются на три группы:

1. Загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных удобрений и др.);
2. Загрязненные преимущественно  органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности; заводы по производству каучука, пластмасс и др.);
3. Загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству сахара, консервов, продуктов органического синтеза и др.).

Состав промышленных сточных  вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость тщательного  обоснования выбора надежного и  эффективного метода очистки в каждом конкретном случае. Получение расчетных  параметров и технологических регламентов  обработки сточных вод и осадка требуют весьма продолжительных  научных исследований,  как в  лабораторных, так и полупроизводственных условиях.

Фактором, оказывающее отрицательное влияние на водные объекты, является низкая активность очистных сооружений или отсутствие их (Полищук О.Н.,2011).

Напряженность современных  ситуаций на реках заметно обостряется  в связи с тем, что антропогенное  воздействие больше проявляется  не в природосберегающем направлении, а резко в возросших объемах неочищенных сточных вод, использованных промышленными предприятиями и особенно черной и цветной металлургией, химической, целлюлозно-бумажной и электротехнической промышленности: это и городские коммунально-бытовые сточные воды, вырубка лесов, увеличение распаханности территорий, отсутствие законченных природоохранных комплексом в водоохранных зонах, разработка полезных ископаемых открытым способом, строительство на руслах рек плотин без должного научного обоснования, молевой сплав и др (Калиниченко Н.П., 1992).

В связи с тем, что реки питаются атмосферными осадками через  поверхностные и грунтовых сток, в конкретных геологических, гидрологических и почвенных условиях так же происходит загрязнение неорганизованными стоками.

 

 

 

2. Виды загрязнения поверхностных вод

Выделяют следующие виды загрязнения промышленными сточными водами:

- механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнения;

- химическое - наличие в воде содержащих неорганических веществ токсического и нетоксического воздействия;

- бактериальное  и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

- физическое:

• присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
• выпуск в водоёмы подогретых вод тепловых и атомных электростанций.

Наиболее часто встречается  химическое и бактериальное загрязнение  водоемов. Значительно реже наблюдается  радиоактивное, механическое и тепловое загрязнение (Фелленберг Г., 1997).

 

1. Химическое загрязнение

Химическое загрязнение  проявляется в изменениях естественных

химических свойств среды, которые превышает среднемноголетние колебания количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода. Химические загрязнения среды получаются и при проникновении в нее химических веществ, которые отсутствовали в этой среде раньше (Полищук О.Н.,2011).

Среди  химических загрязнителей  к наиболее распространенным  относят  нефть и нефтепродукты, синтетические  поверхностно - активные вещества (СПАВ), пестициды, тяжелые металлы, диоксины, кислоты, щелочи, соли, фенолы, а так же аммонийный и нитритный азот (Логинова Е.В.,2011).

От таких загрязнений  пострадал и Байкал, и Волга, и  многие большие и малые реки России.

Химическое загрязнение  – наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся (Коробкин В.И.,2001).

Химическое загрязнение  может носить двоякий характер:

- во-первых, это антропогенное  изменение природных циклов имеющихся  в природе веществ и сдвиг  их биохимических циклов и  концентраций. Пример: выброс огромных  количеств окислов углерода, серы  и азота при сжигании ископаемого  топлива (Гальперин М.В.,2003);

- во-вторых, это распространение  в природных средах синтетических  веществ, в том числе особо  ядовитых, в принципе в природе не существующих (ксенобиотики). Пример: утечка диоксинов и использование ядохимикатов в сельском хозяйстве (Гальперин М.В.,2003).

Основными факторами химического  загрязнения водоемов и водотоков  являются следующие:

1. сброс  сточных   вод  промышленности  и коммунально - бытового хозяйства;

2. поступление с суши  применяемых в сельском и лесном  хозяйстве веществ (удобрений,  пестицидов);

3. утечка веществ при работе транспорта и авариях;

4. разработка полезных  ископаемых на морском дне; 

5. захоронение вредных  отходов в водоемах;

6. поступления загрязняющих  веществ из атмосферы. 

Наиболее интенсивно загрязняют поверхностные воды такие отрасли  промышленности,  как  металлургия,  химическая,  нефтеперерабатывающая,  целлюлозно-бумажная.

 

 

2. Биологическое загрязнение

Биологическое загрязнение  среды происходит вследствие привнесения

в нее и размножения нежелательных для людей организмов. Проникновение организмов в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства как естественным путем, как и в результате деятельности человека, называется бактериологическим загрязнением (Полищук О.П.,2011).

Биотическое (биогенное) загрязнение  состоит в распространении определенных, как правило, нежелательных, с точки  зрения людей, биогенных веществ (выделений, мертвых тел и т.п.) на территории или акватории, где они наблюдались (Полищук О.П.,2011).

Микробиологическое (микробное) загрязнение проявляется в появлении  в среде необычно большого количества микроорганизмов, связанных с массовым их размножением на антропогенных субстратах или средах, измененных в ходе хозяйственной  деятельности человека. Микробное загрязнение  может быть и при приобретении ранее безвредной формой микроорганизмов  патогенных свойств или способности  подавлять другие организмы в  сообществах (Полищук О.П.,2011).

К биологическим загрязнителям  относятся вирусы, бактерии и другие болезнетворные организмы,  а также водоросли, дрожжевые и плесневые грибки.

Этот вид загрязнений  носит временный характер (Фелленберг Г.,1997).

Попадают в водоемы  с бытовыми сточными водами, а также  стоками некоторых производств, в том числе и с животноводческих ферм и комплексов. Использование  такой воды для питья, бытовых  нужд приводит к заболеванию населения  (Беличенко Ю.П.,1986).

Особую форму органических загрязнений представляют собой фекалии, так как они содержат патогенные микробы, присущие организмам человека и животных. Поэтому пробы воды при определении её гигиенического состояния должны проверяться на содержание кишечных палочек Escherichia coli, Klebsiella и др. (Фелленберг Г.,1997).

3. Физическое загрязнение

Физическим загрязнением называют такое загрязнение, которое  связано с изменением физических параметров среды  - тепловых, радиационных и радиоактивных, с соответствующими названиями.

Тепловое загрязнение  является результатом повышения  температуры среды в связи  с промышленными выбросами  теплой воды, потоков дымовых газов или  воздуха. Оно может возникать как вторичный результат от изменения химического состава среды (Полищук О.Н.,2011).

Тепловое загрязнение  водоемов вследствие сброса теплых вод  приводит к последовательной смене  видового состава и формированию сообщества водорослей (Полищук О.Н.,2011).

 При повышении температуры  происходит изменение газового  и химического состава в водах,  что ведет к размножению анаэробных  бактерий, росту гидробионтов и  выделению ядовитых газов –  сероводорода и метана. Одновременно  происходит «цветение» воды, а  также ускорение развития микрофлоры  и микрофауны,  что способствует  развитию других видов загрязнения (Никаноров А.М.,1999).

Различают радиационное и радиоактивное загрязнения природной среды. Радиационное загрязнение вызывается действием ионизирующих излучений, а радиоактивное связано с превышением естественного уровня содержания радиоактивных веществ в среде.

Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых  концентрациях, радиоактивных веществ. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные  элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные  элементы попадают в поверхностные  водоемы при сбрасывании в  них радиоактивных отходов, захоронений  отходов на дне  и др. (Фелленберг Г.,1997).

 

 

4. Механическое загрязнение

Механическое загрязнение  характеризуется попаданием в воду механических примесей (песок, шлам, ил, глина, взвешенные твердые частицы). Механические примеси значительно  ухудшают органолептические показатели вод (Новиков Ю.В.,1998).

Применительно к поверхностным  водам выделяют еще их загрязнение (а точнее, засорение) твердыми бытовыми отходами (мусором), остатками лесоповала, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояния экосистем (Новиков Ю.В.,1998).

К твердым бытовым отходам  (ТБО) относят смесь веществ и  материалов, образующихся в результате жизнедеятельности населения, которые  необходимо утилизировать или уничтожать как бесполезные, нежелательные или опасные (Орлов Д.С.,2002).

Количество ТБО неуклонно  возрастает из-за изменения образа жизни людей и увеличения численности  населения. Бытовые отходы примерно  на 41% состоят из бумаги, на пищевые отходы приходится 21%, на стекло – 12%, железо и его сплавы – 10%, пластмассы – 5%, древесину – 5%, резину и кожу – 3%, текстиль – 2%, алюминий – 1%, другие металлы – 0,3 (Ручин А.Б., 2009).

Дополнительными источниками  ТБО являются городские очистные сооружения, в которых накапливаются  в больших количествах осадок (или ил), состоящий на 70-80% из органических веществ. Он имеет неприятный запах  и содержит патогенную микрофлору. Обезвреживание осадка является обязательным условием очистки сточных вод, однако в ряде случаев в осадке могут  остаться трудноудаляемые примеси (например, тяжелые металлы) (Орлов  Д.С.,2002).

Значительный ущерб населяющим реки живым организмам причиняют  молевой сплав леса. Выделяющиеся при этом смолы и другие вредные  соединения медленно разлагаются в  воде, поглощая кислород и вызывая  гибель речных обитателей. Кроме того, бревна, сучья, ветки при сплаве леса повреждают рыб и их нерестилища (Беличенко Ю.П.,1986).

 

5. Истощение водных ресурсов

Истощение ресурсов является главной  проблемой всего человечества.

Возникновение этой проблемы связано  с ростом потребления воды промышленностью, сельским и коммунальным хозяйствами, с одной стороны, и загрязнением водных источников — другой.

Общий объем (единовременный запас) водных ресурсов составляет 1390 млн.куб.км, из них около 1340 млн.куб.км — воды Мирового океана. Менее 3 % составляют пресные воды, из них технически доступны для использования — всего 0,3 %.

 В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. куб. км. воды ежегодно, причем можно увеличить потребление максимум до 12 тыс. куб. км. При нынешних темпах роста потребления воды этого хватит на ближайшие 25-30 лет. Выкачивание грунтовых вод приводит к оседанию почвы и зданий (в Мехико и Бангкоке) и понижению уровней подземных вод на десятки метров (в Маниле). Каждый житель Земли в среднем потребляет 650 куб. м воды в год (1780 л в сутки). Однако для удовлетворения физиологических потребностей достаточно 2,5 л в день, т.е. около 1 куб. м в год. Большое количество воды требуется сельскому хозяйству (69%) главным образом для орошения; 23% воды потребляет промышленность; 6% расходуется в быту. С учетом потребностей воды для промышленности и сельского хозяйства расход воды в нашей стране от 125 до 350 л в сутки на человека (в Санкт-Петербурге 450 л, в Москве 400 л). В развитых странах на каждого жителя приходится 200-300 л воды в сутки, в городах 400-500 л, в Нью-Йорке более 1000 л, в Париже 500 л, в Лондоне 300 л. В то же время 60% суши не имеет достаточного количества пресной воды. Четверть человечества (примерно 1,5 млн. человек) ощущает ее недостаток, а еще 500 млн. страдают от недостатка и плохого качества питьевой воды, что приводит к кишечным заболеваниям. Не только пресные, но и соленые воды используются человеком, в частности для рыболовства (Степановских А.С.,2000; Братков В.В.,2005).

Вместе с прямым ростом водозабора на различные хозяйственные нужды  человек истощает косвенным путем  водные ресурсы — вырубкой лесов, осушением болот, строительством водохранилищ и т. п.

Однако дело не только в заборе воды. Нехватка чистой пресной воды возникает и за счет ее загрязнения.

Общий расход воды на одного жителя России оценивается величиной порядка 300л/сут. При этом основная часть (83%) потребляемой воды отбирается из поверхностных вод суши, 13% - из подземных источников, 4% - из морских водоемов. Из общего количества потребляемой воды 51% расходуется на производственные нужды, 34% - в сельском хозяйстве, 4% - на транспорте, 12% - в коммунальном хозяйстве (Семин В.А.,2001).