Проблема загрязнения и охраны окружающей среды

Введение

Эта работа посвящена проблеме загрязнения природных вод, проблеме, которая в последние годы занимает все более важное место, как во внутренней политике большинства государств, так и в сфере международного сотрудничества. Глобальные аспекты проблемы загрязнения природных вод – обширны и весьма сложны.

Что такое проблема загрязнения природных вод? Этот вопрос не имеет однозначного толкования и продолжает широко обсуждаться. Некоторые считают, что проблемы загрязнения воды нет, а существует лишь задача охраны природы, сохранения природных ценностей. Другие отождествляют проблему загрязнения воды с образом жизни человека, отражающим тип и уровень развития цивилизации.

По моему мнению, проблема загрязнения воды выражается в том, что человечество благодаря своей трудовой деятельности превратилось в столь мощную природообразующую силу, что действие этой силы стало появляться на много быстрее, чем ход естественной эволюции биосферы. Взаимодействуя с природой, человек в целом ряде случаев нарушил некоторые существенно важные процессы эволюции биосферы, от которых зависит, в конечном счете, его собственное существование. Именно в этом, очевидно, заключается главное в проблемах окружающей среды и загрязнения воды в их современной трактовке.

Жизнь на Земле существует, как известно, в форме совокупности организмов, взаимообусловливающих возможность круговорота веществ в различных природных условиях. Разнообразные организмы образуют друг с другом и окружающей средой в некотором роде единство, или точнее говоря систему, в которой взаимодействующими элементами оказываются сообщества организмов, приспособившихся к различным условиям существования.

Человечество в своем развитии пошло по такому пути становления цивилизации, в основе которого долгое время лежали наивно-оптимистические представления о том, что природные богатства практически неисчерпаемы и что человек является «верховным властелином природы», так как стоит вне ее.

Кроме того, экономическая выгода долгое время была главным критерием совершенствования производства, когда проблема «отходов» выпадала из сферы человеческих интересов.

Человек в своей практической деятельности вплоть до последнего времени не дифференцировал использование природных ресурсов с точки зрения их возобновления. В результате и сейчас продолжают иметь место практически невосполнимые потери невозобновимых естественных ресурсов. Как следствие непродуманного перераспределения природных ресурсов нарушаются биогеохимические пропорции, сложившиеся в природе в течение тысячелетий. В свою очередь следствием этого является нарушение естественных путей эволюции биосферы или даже отравление биологических сообществ.

Люди в целом ряде обширных зон не учитывали необходимость сохранения части природы в первозданном виде для поддержания производительной мощности биологических систем и сбережения генетического фонда биосферы. К сожалению, пока не существует экологически обоснованных критериев оптимального соотношения урбанизированных и сельскохозяйственных зон, с одной стороны, и территорий дикой природы, с другой.

Вместе с тем, очевидно, что чем плотнее будет народонаселение Земли, чем активнее будет развиваться хозяйственная деятельность человека, тем строже должны выдерживаться эти пропорции.

Однако человек сохраняет уверенность, что нависшую над ним грозную опасность можно предотвратить. Уже сегодня ученые работают над тем как оценивать возможные воздействия загрязнителей на все явления, связанные с благополучием человека, с тем, чтобы изыскать эффективные способы, а также материальные средства для решения рассматриваемой проблемы.

Проблема загрязнения и охраны окружающей среды

В Российской Федерации вопросы охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов являются предметом пристального внимания государственных органов. В конституции РФ сказано: «В интересах настоящего и будущего поколений в России принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей среды».

Теоретические основы учения о взаимодействии человека и природной среды отражены в трудах В.В. Докучаева, В.Н. Докучаева, В.И. Вернадского и А.Е. Ферсмана. Одним из первых В.В. Докучаев обратил внимание на важную роль антропогенной деятельности в образовании природных зон, формировании вертикальной географической почвенной зональности. Им создано учение о географических зонах, заложены основы генетического почвоведения. В своих работах он писал, что в познании природы есть один существенный недочет, который заключается в том, что изучаются главным образом отдельные природные тела и отдельные стихии, но «не та генетическая… и всегда закономерная взаимосвязь, которая существует между… телами и явлениями, …между растительными, животными и минеральными царствами, с одной стороны, человеком, его бытом – с другой».

Хозяйственная деятельность человека стала мощным фактором преобразования природы, соизмеримым по своим масштабам с естественными геологическими, климатическими, геохимическими процессами.

В особенности влияние человека распространяется на биосферу – внешнюю оболочку нашей планеты, расположенную у границ атмосферы, гидросферы и литосферы и заполненную «живым веществом».

Совокупность всех растительных, животных организмов и сред их обитания составляет экологическую систему (экосистему). Важнейшим фактором экосистем является водная среда, включающая поверхностные и подземные воды. «Картина видимой природы определяется водой», - писал Вернадский.

Изучение функционирования экосистемы включает:

1. исследование больших биохимических циклов (круговорот), протекающих внутри экосистем и нарушений этих циклов;
2. исследование распределения веществ, используемых животными и растениями, изменение количества и химического состава этих веществ;
3. исследование физико-химических и термодинамических условий равновесия экосистемы.

К большим биогеохимическим циклам относят циклы воды, углерода, азота, фосфора, серы и биогенных катионов (макроэлементы – калий, магний, натрий и микроэлементы – железо, бор, цинк, медь, марганец, молибден и др.), входящих в состав растительных и животных организмов.

Наверное, будет безошибочным то утверждение, что значительная часть поверхности суши в настоящее время представляет собой искусственные экосистемы, созданные руками и волей человека, разумной и часто неразумной. А если это так, то решение проблемы окружающей среды надо, вероятно, искать в комплексном анализе, того, что человеком было сделано в длительный исторический период, и в действиях, направленных на исправление многих старых ошибок, - но с применением новых методов, подсказываемых современной наукой и техникой.

Проблема окружающей человека среды в последнее время все чаще начинает рассматриваться в связи с проблемами мировых минеральных и органических ресурсов, экономического развития, роста народонаселения Земли. «Окружающая среда – природные ресурсы – развитие» - вот те понятия, с которыми приходится сталкиваться современному исследователю, прогнозирующему процессы экономического и социального развития на обозримое будущее.

Особое место в комплексе проблем, связанных с окружающей средой, занимает научно-технический прогресс и развитие технологии. Ускорение научно-технического прогресса, рост производства тесно связаны с окружающей средой, с состоянием природных ресурсов. Научно-технический прогресс, с одной стороны, выступает как фактор повышения интенсивности использования природных ресурсов, с другой – как средство их экономного расходования и утилизации.

Развитие технологий и рост производства, в свою очередь, не только усиливают воздействие человека на природу с целью её приспособления к потребностям общества, но и служат источником загрязнения окружающей среды и нарушения экологических равновесий в природе.

Что же изменилось с появлением машинной технологии? Прежде всего, изменилось качество воздействия человека на окружающую среду. К моменту появления машинной технологии гигантские просторы нашей планеты были уже в значительной степени окультурены. К этому времени процесс массивного уничтожения лесов и водоемов приостановился, несколько утих и процесс образования пустынь. Воздействие человека на природу перешло из экстенсивной формы в интенсивную. Технология начала занимать все больший и больший удельный вес во взаимоотношениях человека с природой. Однако не правильно считать, что технология всегда и неизбежно оказывала вредное воздействие на окружающую среду. Именно в этом заключается корень заблуждений или сознательных искажений, которые наблюдаются в последнее время у идеологов, экономистов и экологов.

Не менее важную роль в загрязнении природной среды играют отходы (промышленные, коммунальные, сельскохозяйственные) и, прежде всего сточные воды. Вопросы очистки, обезвреживания, утилизации и удаления отходов являются серьезнейшей проблемой во всем мире, в том числе и в России.

Также, загрязнение окружающей природной среды тесно связано с извлечением минерального сырья из недр земли, перевода его на ее поверхность и концентрацией его в твердой, растворенной и газообразной формах в приповерхностном слое – биосфере.

Важность эффективного международного сотрудничества в области охраны окружающей среды сегодня признается всеми народами мира. Биосфера нашей планеты едина, и существует только одна Земля. Задача человечества – сохранить красоту нашей Земли, а может сделать её еще более прекрасной. И эта задача по силам человеку, его творческому гению, его разуму и силе.

Подземные воды. Понятие «загрязнения подземных вод»

Пресные подземные воды являются ценнейшим полезным ископаемым, подчас единственным источником питьевого водоснабжения, особенно в засушливых районах. Их роль в водоснабжении будет и дальше возрастать. Это обусловлено высоким качеством пресных подземных вод и лучшей защищенностью их от загрязнения по сравнению с поверхностными водами суши. Однако при интенсивном антропогенном воздействии на природную среду подземные воды наряду с поверхностными также подвергаются загрязнению. Анализ и обобщение материалов о  качестве подземных вод показали, что загрязнение на территории нашей страны носит в основном точечный, локальный характер, но проявляется практически повсеместно. Особенно заметно изменение качества подземных вод в промышленных районах.

Отличительной особенностью загрязнения подземных вод является то, что он в значительной степени обусловлен загрязнением других природных сред – атмосферного воздуха, поверхностных вод, почв. Будучи загрязненными, вследствие выбросов различных веществ антропогенного происхождения, эти среды становятся как бы вторичными источниками загрязнения, влияющими на подземные воды. В свою очередь загрязнение подземных вод может сказаться на качестве речных вод в местах разгрузки загрязненных подземных вод в реки.

Таким образом, имеет место взаимосвязь причин и следствий в загрязнении подземных и поверхностных вод. Но вместе с тем, как показывает анализ фактического материала, воздействие загрязненных природных сред на подземные воды неизмеримо больше обратного воздействия подземных вод на эти среды. Эта взаимосвязь загрязнения подземных вод и других природных сред имеет важное значение с точки зрения постановки наблюдений за качеством подземных вод и источниками загрязнения, изучения самого процесса загрязнения подземных вод, планирования мероприятий по охране подземных вод. Совершенно очевидно, что вопросы охраны подземных вод должны решаться в рамках общих природоохранных мер. Назрела необходимость постановки комплексных наблюдений за загрязнением пресных подземных вод, приуроченных к зоне активного водообмена, и других природных сред, непосредственно влияющих на эти воды.

В результате хозяйственной деятельности человека на поверхность земли попадают и скапливаются там огромные количества различных веществ, большей частью антропогенного происхождения. К ним относятся прежде всего отходы (промышленные, коммунальные, транспортные, сельскохозяйственные), которые обусловливают основную долю нагрузки природной среды загрязняющими веществами, а также используемые в сельском хозяйстве и промышленности удобрения и ядохимикаты, складируемые на поверхности земли и под землёй, нефтепродукты, химические реагенты и др. Загрязняющие вещества, инфильтруясь вместе со сточными водами, атмосферными осадками и частью поверхностного стока, проникают в подземные воды и меняют их качество – химический и органолептический состав, физические свойства. Все это является основной причиной загрязнения подземных вод.

Другой важной причиной, приводящей к ухудшению качества подземных вод, является их отбор для целей водоснабжения, осушения, эксплуатации месторождений полезных ископаемых, строительства. В результате такого отбора происходит внедрение в эксплуатируемый водоносный горизонт и подтягивание к участку  водозаборного сооружения минерализованных подземных вод, которые могут содержаться как в самом эксплуатируемом горизонте, так и в смежных водоносных горизонтах.

В эксплуатируемый водоносный горизонт могут вторгаться также загрязненные или природные соленые поверхностные воды. Например, в прибрежных районах имеет место интрузия морских вод в горизонты пресных подземных вод. При работе инфильтрационных водозаборов в случае загрязнения речных вод будет происходить их внедрение в эксплуатируемый водоносный горизонт.

К загрязнению подземных вод могут приводить различные строительные, горнодобывающие и вскрышные работы, нарушающие условия гидромеханического и гидродинамического равновесие в недрах, защищенность водоносных горизонтов.

В наибольшей степени подвергнуты загрязнению подземные воды. Расположенные близко от поверхности земли. Таковыми являются грунтовые воды и подземные воды первых от поверхности напорных горизонтов, составляющих зону активного водообмена. Она характеризуется сравнительно высокими скоростями движения подземных вод по пласту и, следовательно, относительно небольшим по сравнению с более глубокими водоносными горизонтами временем движения подземных вод от области питания до области разгрузки.

В гидрохимическом отношении подземные воды, приуроченные к зоне активного водообмена, большей частью пресные (минерализация до 1 г/л). Поэтому именно пресные воды наиболее подвержены воздействию загрязняющих веществ, и понятие «загрязнение подземных вод» относится в первую очередь к ним.

Изменение качества подземных вод под влиянием техногенных воздействий может выразиться в их минерализации, содержании типичных для них веществ (хлор, сульфаты, кальций, магний, железо, фтор и др.), в проявлении несвойственных им веществ искусственного происхождения (например, СПАВ, пестициды, нефтепродукты), в изменении температуры и рН, в появлении запаха, окраски и др.

На основе изложенного понятие «загрязнение подземных вод» определяется 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.

Показатели качества воды

К показателям качества воды в естественном состоянии относятся, прежде всего, показатели качества подземных вод, не подвергшихся заметному изменению вследствие хозяйственной деятельности. Обязательным условием отнесения показателей качества подземных вод к естественным является идентичность гидрогеологических условий на участке, где химический состав подземных вод предполагается ненарушенным (первоначально неизменным), и на участке, где подземные воды загрязнены.

Однако не всегда качество подземных вод остается неизменным и сохраняется их первоначальный естественный гидрохимический режим. В настоящее время во многих случаях имеет место уже измененный в некоторой степени состав подземных вод, и зачастую первоначальное состояние восстановить невозможно. В этом случае под фоновым качественным состоянием подземных вод следует понимать сложившийся, достаточно стабильный гидрохимический режим подземных вод в удалении от исследуемой области загрязнения, но в аналогичных с нею гидрогеологических условиях. Установление фоновых показателей качества подземных вод в связи с изучением загрязнения и оценкой его масштабов является актуальной задачей.

Пресные воды прежде всего используются дл питьевого водоснабжения, они являются его важнейшим источником. Поэтому нормами качества пресных подземных вод следует считать нормы качества для питьевых вод, которые определяются ГОСТом 2874-82 «Вода питьевая».

Нормы качества питьевых вод включают три группы показателей: бактериологические, органолептические и показатели химического состава воды.

   Бактериологические показатели подразделяются на: 1)общее количество бактерий в воде и 2)количество бактерий группы кишечной палочки.

Первый показатель определяется общим количеством бактерий в 1мл неразбавленной воды, которое не должно превышать 100. Второй показатель характеризуется двумя величинами: коли-индексом Рн – количеством кишечных палочек в 1л воды, коли-индекс не должен превышать 3; коли-титром Рт – количеством воды, в котором содержится 1 кишечная палочка, коли-литр не должен быть меньше 300.

Между Рн и Рт существует зависимость

Рн=1000/Рт.

К органолептическим показателям относятся запах, привкус. Цветность, мутность воды. Согласно ГОСТу 2874-82, запах воды при 20̊ С и нагревании до 60̊ С не должен превышать 2 баллов, цветность по платиново-кобальтовой шкале должна быть не более 20̊, мутность по стандартной шкале – не более 1,5 мг/л, привкус при 20̊ С – не более 2 баллов. Вода не должна содержать различаемые невооруженным глазом водные организмы и иметь на поверхности пленку.

Возвращаясь к определению понятия «загрязнения подземных вод», можно подчеркнуть, что оно характеризуется показателями качества подземных вод в естественных (фоновых) условиях и предельно допустимыми значениями показателей для питьевых вод.

Загрязнение подземных вод вызывается большим количеством веществ – несколькими десятками и более. Поэтому возникает вопрос, по каким веществам или показателям характеризовать загрязнение подземных вод. Очевидно, такая характеристика должна, с одной стороны, даваться по специфическим, свойственным данному объекту веществами.

Если таких веществ несколько, то выбирают 2-3 из них, наиболее характерных и содержащихся в наибольших по сравнению с другими веществами количествах. Под наибольшим количеством понимается не абсолютная концентрация данного вещества в воде, а его содержание относительно предельно допустимой концентрации.

С другой стороны, эта же область загрязнения подземных вод должна характеризоваться некоторыми общими показателями для всех областей загрязнения Под общими понимаются такие показатели качества подземных вод или такие вещества. Которые проявляются наиболее часто и повсеместно. Так, практически во всех областях загрязнения подземные воды отличаются повышенными значениями минерализации. Общей жесткости, содержания хлоридов, нитратов, органических соединений. Поэтому к общим показателям загрязнения могут быть отнесены сухой остаток, общая жесткость, содержание хлоридов, нитратов, тяжелых металлов, общего углерод, окисляемость. Бактериологические и органолептические показатели.

    Общие показатели необходимы как для характеристики каждой конкретной области загрязнения, так и для сравнения этих областей между собой и их обобщенной характеристики. Картина загрязнения подземных вод должна даваться в совокупности по общим и специфическим показателям.

Перечисленные общие показатели не исключают характеристики областей загрязнения и по другим часто встречаемым веществам, например фтору, сульфатам, железу, но указанные выше общие показатели должны включаться в характеристику области загрязнения как наиболее легкоопределяемые химико-аналитическими методами; некоторые из них могут определяться и дистанционным путем.  

Загрязняющие вещества

Вещества, ухудшающие качество воды по сравнению с ее естественным состоянием и нормами водопользования, называются загрязняющими. Они содержатся, прежде всего, в отходах, образующихся в результате хозяйственной деятельности человека. Эти отходы скапливаются на поверхности земли, и оттуда жидкая их фаза проникает в подземные воды. Загрязняющими могут быть  и многие полезные вещества, особенно такие, как нефть и ее производные. Пестициды, минеральные удобрения, химические реагенты и другие конечные продукты промышленного производства. Наконец, подземные воды могут загрязняться природными некондиционными водами. Последние внедряются в водоносный горизонт в процессе отбора подземных вод, но могут загрязнять верхние водоносные горизонты и с поверхности земли, будучи извлеченными при откачке в процессе добычи полезных ископаемых.

Таким образом, основными загрязняющими подземные воды веществами по генетическому признаку являются:

1. промышленные отходы, включая выбросы автотранспорта;
2. коммунальные отходы;
3. загрязняющие отходы сельского хозяйства;
4. нефть и нефтепродукты;
5. природные некондиционные воды;
6. воды, шахтного и рудничного топлива.

В загрязняющие вещества сельского хозяйства входят как отходы (преимущественно животноводческие), так и полезные агрохимические продукты – пестициды и минеральные удобрения.

Основное значение в загрязнении подземной гидросферы имеют жидкие вещества, которые путем фильтрации проникают в водоносные горизонты. Твердые отходы и вещества воздействуют на подземные воды, растворяясь и частично переходя в жидкую фазу при выпадении атмосферных осадков или под влиянием поверхностного стока. Важное значение  в загрязнении природной среды и подземной гидросферы имеют газообразные вещества, которые в отличие от жидких и тем более твердых веществ распространяются на большую площадь и воздействуют на подземные воды в региональном масштабе, хотя и со значительно меньшей степенью интенсивности. Газообразные вещества попадают в подземные воды из оседающей на поверхность земли пыли, с загрязненными дождевыми осадками и из снежного покрова.

По химическому признаку загрязняющие вещества, главным образом жидкие, могут быть разделены на следующие группы:

1. содержащие преимущественно неорганические соединения;
2. содержащие преимущественно органические соединения;
3. содержащие неорганические и органические соединения;
4. содержащие тяжелые металлы;
5. содержащие радиоактивные вещества.

К первой группе относятся сточные воды предприятий содовой, калийной промышленности, предприятий по производству минеральных удобрений, кислот и ряда других химических производств, а также природные некондиционные, шахтные рудничные воды; ко второй группе – нефть и нефтепродукты, пестициды, сточные воды предприятий  анилинокрасочной и фармацевтической промышленности, производства искусственных материалов и др.; к третьей группе – сточные воды нефтеперерабатывающих, коксохимических и металлургических  заводов, предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, многие коммунальные сточные воды;

к четвертой группе – сточные воды горно-обогатительных фабрик, гальванических цехов; к пятой – сточные воды предприятий по переработке радиоактивного сырья и атомной энергетики.

Таким образом, из вышеизложенного видно, что химически загрязненная питьевая вода может нанести непоправимый урон здоровью человека. Поэтому, для всех водных объектов, используемых населением (в том числе питьевая вода), установлены единые гигиенические нормативы (ПДК). (Приложение 1)

Принцип использования системы предельно допустимых концентраций положен в основу нормирования химических веществ. Однако эта система имеет ряд существенных недостатков. Разработанные нормативы ПДК являются едиными для территории всей страны, то есть не зависят от природно-климатических и физико-географических условий, сезонов, гидрогеологических характеристик водного объекта. ПДК не учитывает многообразие форм химических компонентов. Известно, что тяжелые металлы могут присутствовать в различных формах вводной среде. Разные формы тяжелых металлов имеют разную токсичность, поэтому валовое содержание тяжелых металлов не дает объективной картины экологической опасности.

В соответствие с требованиями Санитарных правил и норм «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», центры Госэпиднадзора проводят оценку санитарно-эпидемиологической обстановки на территории населенных пунктов, на основании которой они разрабатывают предложения по перечню контролируемых показателей, количеству и периодичности отбора проб для постоянного производственного контроля качества питьевой воды.

Всемирная организация здравоохранения рекомендовала осуществлять контроль воды с 1992 г. Примерно по 100 показателям, большая часть из которых непосредственно влияет на здоровье. Российские государственные стандарты (ГОСТ 2874-82,СанПиН 2.1.4.559-96) содержат нормативы менее чем по 30 показателям. (Приложение 2)

Источники загрязнения природных вод

• Общая характеристика

Загрязняющие вещества поступают  в подземные воды из различных хозяйственных объектов, а также из природных сред, загрязненных в результате деятельности человека. Поэтому по признаку происхождения все источники загрязняющих веществ можно подразделить на две группы – антропогенные и природные.

К первой группе относятся: промышленные и сельскохозяйственные предприятия, вырабатывающие большие количества отходов; поверхностные приемники жидких и твердых отходов; автозаправочные и автомоечные станции; склады горючего, ядохимикатов и химических реагентов; автотранспорт. Особенно сильное загрязнение подземных вод происходит на участках складирования промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных отходов.