Анализ состава гидросферы и атмосферы

Промышленная и муниципальная деятельность в городах ведет к значительной техногенной трансформации водного баланса на их территории. Загрязнение природных вод промышленными и коммунальными стоками является одной из основных форм техногенной деформации городской среды.

Оценка загрязнения природных вод включает:

1) определение состава канализационных промышленных и муниципальных вод;

2) изучение стоков с территории города (особенно широко распространены синтетические загрязняющие вещества – фенолы, нефтепродукты и др.);

3) гидрогеохимическую оценку городской среды – изучение состояния конечных звеньев водооборота сточных и поверхностных ливневых вод, а также донных отложений, служащих универсальным индикатором техногенной нагрузки на водосборы в пределах города.

Воды, в которых содержание загрязняющих веществ велико, но допустимо для сбрасывания в водоемы, называются условно чистыми.

Баланс поставки химических веществ в поверхностном стоке крупных городов состоит из следующих компонентов (в сумме 100%):

· фоновый сток;

· сток условно чистых промышленных вод (Cu, Sr);

· канализационный сток (Sn, Cr, Cd);

· ливневой сток – осадки (Pb, Zn, Mo).

Хорошими индикаторами для целого ряда производств являются ПАУ. Они характеризуются обычно большими значениями коэффициента аномальности, чем цветные металлы.

Изучение донных осадков, как одной из основных депонирующих сред городских ландшафтов связано с тем, что донные осадки отличаются очень низкой динамичностью.

Донные осадки– сложная биокосная система, по своим свойствам напоминающая почву (в частности, деление на горизонты). По утверждению Вернадского, “илы – подводные почвы”.

Донные осадки могут быть сульфидными, глеевыми и окислительными. В низовьях многих рек скорость течения замедляется, в донных отложениях образуются глеевые барьеры, накапливаются многие элементы.

Загрязнение донных осадков зависит от:

· литологического состава (L– содержание глинистой фракции);

· содержания карбонатов;

· содержания органического вещества (О).

Важным показателем является протяженность техногенной геохимической аномалии в водоеме. При отсутствии техногенных источников в бассейне, в водоеме нет техногенных аномалий. Наличие промышленных городов в бассейне существенно влияет на содержание различных веществ в аномалиях. Средняя протяженность аномалии составляет 5-10 (до 15 км), далее река “самоочищается”.

Однако, бывает, что загрязнение действует на всем протяжении водотока (например, в районах нефтедобычи). В этих случаях особенно велико загрязнение в дельтах. Таковы дельты Инда, Ганга, Рейна, Дуная, Волги и других рек. Иногда повышенное содержание того или иного элемента в водоеме связано с характером пород, которые дренирует данная река. Например, в Рейне из-за особенностей пород аномалии содержания меди были выражены гораздо ярче, чем в Дунае и Волге, хотя объем загрязнения там был не больше.

В качестве индикаторов загрязнения водоемов часто используют водные растений. Лучше использовать растения, обладающие меньшей вариабельностью, в которых повышение концентрации веществ всегда четко соответствует увеличению загрязнения.

В водоемах также отражено глобальное загрязнение. Так, в определенные годы наблюдались аномалии, связанные с радиоактивными испытаниями 1950-х гг., с аварией на ЧАЭС.

В последнее время в развитых странах мониторинг донных осадков обнаруживает тенденции к снижению загрязнения водоемов. Это результат внедрения экологически чистых технологий. В менее развитых странах загрязнение остается на прежнем уровне или растет, но сниженными темпами.

Очень важно наличие на реках водохранилищ. Водохранилища выполняют очищающую функцию. Каждая плотина является механическим барьером для веществ, перемещающихся со взвесями. Перед плотинами часто бывают аномалии содержания этих веществ. Также часто бывают устьевые аномалии при слиянии рек (из-за падения скорости течения).

Основные типы геохимических аномалий в водоемах:

1)аномалии, связанные с наличием промышленных центров;

2)устьевые аномалии – связаны с замедлением скоростей течения рек при слиянии (гидродинамический барьер);

3)аномалии приплотинных плесов водохранилищ;

4)аномалии в устьях рек, связанные с замедлением скорости в нижнем течении;

5)аномалии в морских бухтах, на берегах которых расположены крупные города.

В дельтах рек обычно происходит переход некоторых веществ из взвешенного состояния (река) в растворенное (море). Сульфатные формы в морях более подвижны, чем гидрокарбонатные. По этим причинам здесь часто образуются геохимические барьеры. Если реки выносят в основном растворенные вещества, то барьеры растянуты, если преобладают взвешен-ные – барьеры выражены четко.

В зонах смешения морских и речных вод происходит реакция:

образуется сода, в результате резко повышается рН.

В дельтах есть несколько областей концентрации загрязняющих веществ, связанных с местами замедления скоростей течения (при выходе в море, между островами).

Итак, уровень загрязнения в дельтах рек зависит от следующих факторов:

1)характера источников (в том числе литологических) поступления загрязняющих веществ;

2)наличия водохранилищ;

3)типа отложений в дельте (например, пески и известняки почти не накапливают загрязняющих веществ, в этом случае вещества рассеиваются в море);

4)степени проточности данного водоема дельты;

5)растений, произрастающих в данной части дельты.

Таким образом загрязнение аквальных ландшафтов, в частности дельт, очень сильно дифференцировано.

Современная цивилизация осуществляет невиданное давление на природу. За­грязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное дей­ствие на людей, животных, растения, почву, здания и сооружения, снижает про­зрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней с туманами, уменьшает видимость, вызывает коррозию металлических изделий.

Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств среды (химических, механических, физических, биологических и связанных с ними информационных), происходящих в результате естественных или искусст­венных процессов и приводящих к ухудшению функций среды по отношению к любому биологическому или технологическому объекту. Используя различные элементы окружающей среды в своей деятельности, человек изменяет её качество.

Часто эти изменения выражаются в неблагоприятной форме загрязнения. По масштабам антропогенные изменения становятся сопоставимыми с природными, а в ряде случаев даже превышают их, о чем можно судить из таблицы 9.1.1.

Таблица 9.1.1

Поступление в атмосферу некоторых компонентов, естественного
и промышленного происхождения (тонн/год)

Компонент

Естественное

Промышленное

Озон

2·109

Незначительные

Двуокись углерода

7·1010

1,5·1010

Окись углерода

-

2·108

Сернистый газ

1,42·108

7,3·107

Соединения азота

1,4·109

1,5·107

Взвешенные вещества

(770-2200)·106

(960-2615)·106

Естественные процессы загрязнения имеют в природе антиподы, способные нейтрализовать действие природного загрязнителя, а многие вещества, созданные человеком, являются инородными по отношению к природе. Естественные источники загрязнения обычно удалены от среды обитания человека, а антропогенные расположены в районах концентрации населения.

Государственная экологическая экспертизапредставляет собой систему государственных природоохранных мероприятий, направленных на проверку соответствия проектов, планов и мероприятий в области народного хозяйства и природных ресурсов требованиям защиты окружающей среды от вредных воздействий.

Токсикологическая характеристикатехнологических процессов требует обоснования рекомендаций по такому изменению производства, чтобы уменьшить количество вредных полупродуктов или побочных соединений или исключить их, и медико-технических требований к планированию производственных помещений, аппаратуре, санитарно-техническому оборудова-нию, в том числе очистному или рассеивающему, и в случае необходимости, к индивидуальным средствам защиты.

В основе токсикологии лежит установление предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в различных средах.

В воздушной средеопределяют следующие показатели:

· ПДКр.зпредельно допустимая концентрация вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м3. Эта концентрация при работе продолжительностью не более 41 ч в неделю в течение всего рабочего стажа не должна вызывать в состоянии здоровья настоящего и последующего поколений заболеваний или отклонений, обнаруживаемых современными методами исследования. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих;

· ПДКМ.Рпредельно допустимая максимальная разовая концентрация вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация при вдыхании в течение 20 мин не должна вызывать рефлекторных (в том числе субсенсорных) реакций в организме человека;

· ПДКС.Спредельно допустимая среднесуточная концентрация токсичного вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неограниченно продолжительном вдыхании.

В водной среде определяют следующие показатели:

· ПДКВ– предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема хозяйственно-питьевого икультурно-бытового водопользования, мг/л. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на органы человека в течение всей его жизни, а также на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования;

· ПДКВ.Рпредельно допустимая концентрация вещества в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей, мг/л;

Интегральные показатели для воды:

БПК биологическая потребность в кислороде – количество кислорода, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ (исключая процессы нитрификации) за определенное время инкубации пробы (2, 5, 20, 120 суток), мг О2/л воды (БПКП – за 20 суток, БПК5 – за 5 суток);

ХПК химическая потребность в кислороде, определенная бихроматным методом, т.е. количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде, мг О2/л воды.

По отношению БПКП /ХПК судят об эффективности биохимического окисления веществ.

В почвеопределяют следующие показатели:

· ПДКПпредельно допустимая концентрация вещества в пахотном слое почвы, мг/кг. Эта концентрация не должна вызывать прямого и косвенного отрицательного влияния на здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы;

· ПДКПР(ДОК) – предельно допустимая концентрация (допустимое остаточное количество) вещества в продуктах питания, мг/кг.

Если величина ПДК в различных средах не установлена, действует временный гигиенический норматив ВДК (ОБУВ) – временно допустимая концентрация (ориентировочно безопасный уровень воздействия) вещества. Временный норматив устанавливается на определенный срок
(2–3 года).

Различные вещества могут оказывать сходное неблагоприятное воздействие на организм. Например, существует эффект суммации для диоксида азота и формальдегида, фенола и ацетона, этанола и целой группы органических веществ. Для токсичных веществ безопасная концентрация определяется соотношением С/ПДК < 1, где С – фактическая концентрация вещества в среде.

Допустим, что в воздухе концентрация фенола С ф = 0,345 мг/л, ацетона С ац = 0,009мг/л, а ПДКф = 0,35мг/л, ПДКац = 0,01 мг/л. Таким образом, для каждого из веществ указанное соотношение меньше 1:

С1/ПДК1 < 1; С2/ПДК2 < 1.

Но поскольку эти вещества обладают эффектом суммации, то общее загрязнение фенолом и ацетоном превысит предельно допустимое, так как

Таким образом, сумма отношений концентраций к ПДК веществ, обладающих эффектом суммации, не должна превышать единицы.

Для более полной оценки качества среды сравнительно недавно стали использовать другой критерий – ПДЭН – предельно допустимую экологическую нагрузку; для воды – это ПДС – предельно допустимый сброс, г/с; для воздуха – ПДВ – предельно допустимый выброс, г/с. Эти величины характеризуют нагрузку, оказываемую предприятием на окружающую среду в единицу времени, и должны обязательно входить в экологический паспорт (или другой подобный документ) предприятия.

Недостатком изложенной выше схемы критериев оценки качества среды является разрозненность природоохранных функций различных министерств и ведомств, а также часто очень различающиеся значения ПДК в разных странах.