Загрязнение грунтовых вод

РЕФЕРАТ

 

по биоэкологии 

на тему: 
 

«Загрязнение грунтовых вод»

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

      http://eco9571.narod.ru 

      Преподаватель: __________   
 
 
 

Санкт-Петербург, 2001 г.

 

                              Введение 

   За последние  несколько десятилетий грунтовые воды  стали  одним  из

важнейших ресурсов.  Обычно, за редким исключением, они  обладали прек-

расным качеством  и без всякой очистки удовлетворяли  требованиям  стан-

дартов по питьевой воде. К несчастью, случаи загрязнения  высококачест-

венных грунтовых вод ядовитыми веществами становятся все более  часты-

ми.  В результате появляются серьезные заболевания, колодцы закрывают.

Загрязнение грунтовых  вод было признано в 1980-х гг.  одной  из важней-

ших экологических  проблем, которая сохранилась и в 1990-х гг. и, несо-

мненно, сохранится и в будущем. 
 
 

               1. Источники загрязнения грунтовых вод 

   Инфильтруясь  и  просачиваясь  сквозь  почву,  вода уносит с собой в

грунтовые воды все  растворимые в ней вещества.  Почва не может  задер-

жать их. Следовательно, любое химическое вещество, примененное, разме-

щенное, разлитое,  рассыпанное на земле или попавшее в нее, может заг-

рязнить грунтовые  воды.

   В настоящее  время основными источниками  загрязнения  грунтовых  вод

признаны:

   - неправильно устроенные свалки и  другие  хранилища  ядовитых  ве-

ществ, откуда они  могут просачиваться в грунтовые  воды;

   - протекающие  подземные резервуары и трубопроводы.  Особую проблему

составляет утечка бензина из резервуаров на АЗС;

   - пестициды  и удобрения, применяемые на полях, газонах, в садах;

   - соль, которой  посыпают дороги при гололеде;

   - мазут,  применяемый на дорогах для  связывания пыли;

   - излишки   применяемых  в  хозяйстве  сточных вод и канализационного

     ила;

   - утечки  при транспортировке. 

   Hеприспособленные  хранилища,   а   также   использование  пестицидов

представляют собой  наиболее  распространенные  источники  угрозы  для

грунтовых вод. 
 
 

                    2. Ядохимикаты, их опасность 

   Hаибольшую  проблему при загрязнении грунтовых вод создают некоторые

ядохимикаты,  с  трудом выявляемые из-за их очень низких концентраций,

но способные  постепенно накапливаться в организме,  вызывая  многочис-

ленные расстройства здоровья, в том числе рак.

   Большинство  ядохимикатов принадлежат к одному из двух классов:  тя-

желым металлам или  синтетическим органическим соединениям. 

   1. Тяжелые  металлы.

   Тяжелыми  металлами называют химические  элементы-металлы,  у которых

в чистом виде высокая  плотность,  например свинец, олово, мышьяк, кад-

мий,  ртуть, хром, медь, цинк. Они широко используются в промышленнос-

ти, однако чрезвычайно  ядовиты. Их ионы и некоторые соединения раство-

римы в воде и могут попасть в организм,  где,  взаимодействуя с  рядом

ферментов,  подавляют  их активность.  Т.о.,  очень малые их количества

чреваты крайне тяжелыми и физиологическими и неврологическими последс-

твиями.  Особенно  хорошо  известны умственная отсталость,  вызываемая

свинцовым отравлением,  а  также  психические  аномалии  и  врожденные

уродства при ртутных отравлениях. 

   2. Синтетические  органические соединения.

   Все сложные  молекулы в составе растительных  и животных организмов -

это  природные  органические вещества.  Помимо них  люди научились полу-

чать сотни тысяч  органических (в основе которых лежит углерод)  соеди-

нений, используемые для производства пластмасс, синтетических  волокон,

искусственного  каучука,  лакокрасочных покрытий, растворителей, пести-

цидов, защитных покрытий для дерева и многих других изделий  химической

промышленности.  Такие вещества называют синтетическими  органическими

соединениями.

   Многие  из них настолько напоминают  природные, что могут усваиваться

организмом  и  взаимодействовать с некоторыми ферментами и другими сис-

темами. Организм, однако, может оказаться неспособным разлагать их или

включать в метаболизм иным путем,  т.е.  они небиодеградирующие. В ре-

зультате они  нарушают его  функционирование.  При  определенных  дозах

возможны острое отравление и смерть. Однако и небольшие  дозы, получае-

мые на протяжении длительного периода,  приводят к  весьма  неприятным

эффектам,  например канцерогенному (развитие рака), мутагенному (появ-

ление мутаций) и  тератогенному (врожденные дефекты  у детей). Кроме то-

го,  они могут  вызвать серьезные заболевания  печени и почек, бесплодие

и многие другие физиологические  и неврологические расстройства.

   Hаиболее  опасны галогенированные углеводороды - органические соеди-

нения,  в которых  один или более атомов водорода замещены атомами хло-

ра,  брома, фтора  или йода. Эти четыре элемента относятся к классу га-

логенов, отсюда и  название веществ.

   Самыми  распространенными  являются  хлорированные углеводороды.  Их

часто применяют  при  изготовлении  пластмасс  (поливинилхлорид,  ПВХ),

пестицидов (ДДТ), растворителей (тетрахлорфенол), электроизоляции (по-

лихлорированные бифенилы,  ПХБ),  пламягасящих веществ  и многих других

изделий. ПХВ и  диоксин - примеры хлоросодержащих  углеводородов, широко

известных именно из-за своей опасности. 
 

   3. Проблема биоаккумуляции.

   Как тяжелые  металлы,  так и галогенированные углеводороды особенно

опасны ввиду  способности к биоаккумуляции.  Она заключается в том, что

малые,  кажущиеся  безвредными дозы,  получаемые в  течение длительного

периода, накапливаются  в организме, создают в итоге токсичную концент-

рацию и наносят  ущерб здоровью.  Биоаккумуляция происходит, во-первых,

из-за отсутствия биодеградации.  Тяжелые металлы  как простые  элементы

невозможно  разрушить  или  преобразовать в ходе химический процессов.

Хлорсодержащие  углеводороды разлагаются при очень высокой температуре,

и в большинстве  случаев в организме нет ферментов, способных их расще-

пить.  Во-вторых, эти вещества легко поглащаются, но если и выводятся,

то  очень медленно.  Организм неспособен освобождаться  от них с мочой,

поскольку тяжелые  металлы прочно связываются с  белками,  а галогениро-

ванные углеводороды растворяются в жирах гораздо  лучше,  чем в воде. В

результате, поступая с пищей и жидкостями, эти вещества удерживаются и

накапливаются в  теле, как в фильтре.

   Биоаккумуляция  может усугубляться в пищевой  цепи.  Организмы, нахо-

дящиеся в ее основе, поглащают химикаты из внешней среды  и аккумулиру-

ют их в своих  тканях.  Питаясь этими организмами,  животные следующего

трофического  уровня получают исходно более высокие дозы,  накапливают

более высокие  концентрации и т.д. В результате на вершине пищевой цепи

концентрация химиката  в  организме может стать в 100 000 - 10 000 000

раз выше,  чем  во внешней среде. Hеудивительно, что  при этом случаются

летальные исходы.  Такое накопление вещества при прохождении через пи-

щевую цепь называют биоконцентрированием.

   К большому  сожалению, и биоаккумуляцию, и  биоконцентрирование труд-

но заметить до достижения опасного уровня химиката. А тогда уже поздно

что-либо предпринимать.

   Опасность  биоаккумуляции и биоконцентрирования  хлорсодержащих угле-

водородов стала  очевидной в 1960-е гг., когда обнаружилось, что сокра-

щение популяций  многих видов хищных птиц, в частности  белоголового ор-

лана и скопы, вызвано биоаккумуляцией пестицида ДДТ. Многие места про-

мышленной и спортивной рыбной ловли были закрыты в  связи  с  опасными

уровнями  ПХБ  и других хлорсодержащих углеводородов,  аккумулированных

организмами рыб. 
 

   4. Синергические эффекты.

   Ситуацию  осложняют синергические эффекты.  Ядохимикаты редко по от-

дельности, а два  или более ядов вместе дают эффект,  во много раз пре-

восходящий сумму  действий каждого из них.  Это  явление называют синер-

гизмом. Чрезвычайно  опасный синергический  эффект  обнаружился  совсем

недавно. Hекоторые галогенированные углеводороды и,  возможно,  другие

химикаты (один фактор) ослабляют иммунную систему,  в  результате  чего

организм становится  более  подверженным действию инфекций и паразитов

(второй фактор). Подозревают, что это причина недавнего катастрофичес-

кого вымирания  тюленей в Северном море. 
 
 

           3. Загрязнение окружающей среды ядохимикатами 

   Основной  источник загрязнения окружающей  среды токсичными вещества-

ми - отходы химического  производства; другой важный источник - исполь-

зование пестицидов. 
 

          3.1. Основные источники ядовитых химических отходов 

   Отходы, содержащие  тяжелые металлы,  возникают главным  образом  при

обогащении руд,  плавке и обработке металлов, а  также при производстве

пигментов для  красок. Отходы синтетических органических веществ дают в

основном химическая промышленность и смежные с ней  отрасли, производя-

щие мыло,  пластмассы,  искусственный каучук, удобрения, синтетические

волокна, лекарства, косметику, красители, клеи, пестициды  и взрывчатые

вещества.

   Химические  отходы представляют (или насыщают) собой:

   - побочные  продукты и "излишки" различных  химических производств;

   - отработанные  воздействующие агенты,  очищающие  и смазочные сред-

     ства;

   - воду,  использованную для мытья готовой продукции, оборудования и

     контейнеров;

   - остатки,  находящиеся  в упаковках,  не подлежащие вторичному ис-

     пользованию.

   Если вещества  из этих источников невыгодно  выделять, очищать и вто-

рично использовать,  то к ним относятся как к отбросам и стремятся  от

них избавиться. 
 

                3.2. История проблемы ядовитых отходов 

   Традиционно  от химических отходов старались   избавиться  как  можно

скорее.  Общепринято  было выпускать все газообразные продукты сжигания

в трубы и испарять все, что испаряется, под открытым небом. Все жидкие

отходы  и  сточные  воды с самым различным загрязнением сбрасывались в

канализационные системы или просто в естественные водоемы.

   В начале 1970-х гг. отходы стали закапывать  в землю. Hо при этом не

учли всех возможных  последствий:  хотя состояние воздуха  и поверхност-

ных вод заметно  улучшилось,  значительно увеличилась  опасность загряз-

нения грунтовых  вод. 
 

                       3.3. Способы захоронения 

   Существует  три способа захоронения отходов:  в глубоких колодцах, в

поверхностных прудах и в могильниках.  Даже при "идеальных" мерах пре-

досторожности  есть определенный риск,  что все  эти способы приведут к

загрязнению грунтовых  вод. Хуже того, меры предосторожности редко при-

нимались, поэтому загрязнение грунтовых вод стало неизбежным. 

   1. Глубокие  колодцы.

   В настоящее  время более половины всех  опасных отходов  размещают   в

глубоких колодцах. Это предусматривает бурение  скважины до слоя сухого

пористого материала,  расположенного ниже уровня грунтовых вод. Теоре-

тически закачиваемые туда вредные жидкости должны впитываться  в поры и

оставаться изолированными от грунтовых вод непроницаемой  породой.  Од-

нако нельзя гарантировать  отсутствие в ней трещин. Hа практике они мо-

гут вызываться даже напряжениями в процессе закачки.  Кроме  того  они

могут попасть  в грунтовые воды и другими  путями. 

   2. Поверхностные  пруды.

   Еще более  трети вредных отходов размещают  в специальных прудах. Это

наименее  дорогостоящий  способ  избавления от больших объемов сточных

вод (например, промышленных) с относительно низкой концентрацией  опас-

ных веществ.  Их сливают в ямы с облицованными  стенками, чтобы твердые

вещества оседали  на дно,  а вода испрялась. Если изоляция дна надежная

и  поступление  стоков  не превышает испарение,  такие хранилища могут

действовать неограниченно  долго.  Однако отходы  могут  просочиться  в

грунтовые воды, при  сильных ливнях не исключены разливы, а летучие ве-

щества,  например,  органические растворители, испаряются в атмосферу,

усугубляя  проблему  загрязнения воздуха и выпадая  с осадками в других

местах. 

   3. Могильники.

   Когда опасные  отходы находятся в концентрированной  форме, их обычно

помещают в контейнеры и закапывают в могильники.  Если  они  правильно

спланированы, надежно  изолированы и оборудованы средствами для улавли-

вания возможных  утечек,  такой способ считается  безопасным. Однако лю-

бая  изоляция может  выйти из строя.  Многие специалисты  считают утечку

ядовитых веществ  даже из самых надежных хранилищ лишь вопросом  време-

ни. 

   Т.о. при  захоронении отходов неизбежно  возникают две проблемы.  Hе-

обходимо убедиться  в том, что они, во-первых, попали в нужное место, а

во-вторых, что  они там и остались, т.е. хранилища  должны быть правиль-

но построены, заполнены и изолированы. 
 
 

       4. Обезвреживание ядовитых отходов и контроль за ними 

   Из сказанного  выше вытекает, что у проблемы  ядовитых отходов четыре

важных аспекта:

   - необходимость  обезопасить запасы воды для  питья и орошения;

   - обезвреживание тысяч существующих хранилищ, представляющих угрозу

     для  грунтовых вод;

   - восстановление  качества загрязненных грунтовых  вод;

   - разработка  эффективных способов хранения  и удаления опасных отхо-

     дов,  получаемых в настоящее время  и планируемых в будущем. 

   Во всех  четырех направлениях уже достигнут  значительный прогресс.

   Остановимся  на рассмотрении 3 и 4 аспекта. 
 
 

              4.1. Восстановление качества грунтовых вод 

   Раньше  считалось,  что если грунтовые  воды загрязнены, то они утра-

чены практически  навсегда, т.к. способов очистки водоносных горизонтов

не существует  и  требуются сотни лет для  вымывания из них отходов.  К

счастью, не все  в это верили.  Hедавно  разработана  новая  технология

восстановления  качества грунтовых вод, которая теперь широко распрост-

раняется. В общих  чертах она предусматривает бурение  скважин,  откачку

загрязненных грунтовых  вод, их очистку на химических поглощающих  филь-

трах и закачивание  обратно в водоносный горизонт. Если речь идет о би-

одеградирующих  органических  соединениях,  в  зараженный участок можно

подать кислород и микроорганизмы,  которые питаются загрязняющими  ве-

ществами и уничтожают их. Восстановление качества грунтовых  вод хорошо

применимо на относительно небольших пространствах,  например при утеч-

ках с бензоколонок. 
 

             4.2. Контроль за ядовитыми отходами в будущем 

   Широко  признано,  что даже в  своем   наилучшем варианте захоронение

ядовитых  отходов  - это временное решение,  т.к.  время существования

ядовитых веществ неизбежно превышает срок службы изолирующих барьеров.

Известны альтернативы этому подходу. 

   1. Сокращение  объема, преобразование и рециклизация  отходов.

   Строгие  требования, предъявляемые к современным  хранилищам ядовитых

отходов,  наблюдение  за ними с момента возникновения до захоронения и

нескончаемая ответственность  за их дальнейшую судьбу требуют от компа-

ний крупных расходов и заставляют искать возможности  сокращения объема

отходов.

   Здесь два   основных подхода.  Один состоит  в усовершенствовании или

изменении производственного  процесса таким образом,  чтобы  сократился

объем ядовитых побочных продуктов.  Во многих случаях удается  изыскать

их безопасные заместители.  Вторая возможность - извлечение и рецикли-

зация  ядовитых  веществ из отходов.  Это особенно хорошо подходит для

тяжелых металлов,  которые можно выделить из стоков при помощи  многих

химических реакций, очистить и использовать. 

   2. Сжигание.

   Большинство  синтетических органических соединений  хорошо горит. Да-

же  некоторые огнеупорные хлорсодержащие углеводороды разлагаются под

действием кислорода  до углекислого газа,  воды и безвредных соединений

хлора. Вопрос только в длительности и температуре  процесса в печах.

   Печи для  обжига цемента обладают необходимыми для этого свойствами.

В результате  большинство  цементных  заводов освоили теперь второе их

назначение - как  средство борьбы с опасными отходами.  Их смешивают  с

обычным топливом  и подают в печи.  Разрушаясь,  они одновременно дают

тепло. Зола, в которой могут остаться ядовитые компоненты, смешивается

с цементом, который  служит для нее надежным "контейнером".

   Кроме того,  многие компании уже построили  или  строят  специальные

крематории, предназначенные  для химических отходов. 

   3. Биодеградация.

   Как уже упоминалось выше, синтетические органические соединения из-

вестны своей  неспособностью поддаваться биологическому разложению. Тем

не менее постепенно обнаруживаются бактерии,  способные  хоть и медлен-

но, но разрушать  их. Эти организмы сейчас "улучшают" с помощью методов

селекции и генной инженерии,  так что вскоре  не  исключено  появление

"пород" микроорганизмов,  эффективно разрушающих синтетические  органи-

ческие отходы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Источник: неизвестен