Полная версия

Главная arrow География arrow Гидрогеоэкология городов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Общие сведения об источниках загрязнения и компонентах-загрязнителях подземных вод

Из подземных вод, формирующихся в техногенных условиях, широко распространены воды загрязнения. Загрязнение вод разнообразно по составу и фазовому состоянию. Газообразное загрязнение — региональное; жидкое и твердое — локальное. Наиболее существенно загрязнение природных вод химическими и органическими веществами. Часто оно сопровождается бактериальным и тепловым эффектами. Бактериальное заражение вод вследствие ограниченного срока жизнедеятельности бактерий приурочено непосредственно к местоположению источника загрязнения [14, 16].

На планете наиболее распространено загрязнение подземных вод, связанное с производственной и сельскохозяйственной деятельностью человека и с его бытом. В соответствии с этим выделяются три типа загрязнения подземных вод. Каждому типу загрязнений свойствен специфический набор компонентов-загрязнителей. Любая нагрузка на природное состояние атмогидролитосферы, вызывающая загрязнение подземных вод, имеет антропогенное происхождение. Виды антропогенной нагрузки определяют конкретный набор их фазового состояния.

Объекты, формирующие компоненты-загрязнители, относятся к первичным их источникам. Они представлены сточными водами, твердыми и газообразными отходами, рассредоточенными в воздухе атмосферы. Широкое распространение имеют вторичные источники загрязнения, представленные подземными водами грунтового типа, поверхностными водами и атмосферными осадками.

Грунтовые воды характеризуются региональным и локальным загрязнением, формирующимся под влиянием первичных источников. В большинстве случаев породы зоны аэрации проницаемы, что обусловливает существенное загрязнение грунтовых вод. Нисходящий характер фильтрации грунтовых вод определяет их проникновение в нижерасположенные, часто используемые для водоснабжения водоносные комплексы. Наиболее значимо загрязнение вод эксплуатируемых водоносных комплексов на участках водозаборов.

Поверхностные воды действуют в качестве источников загрязнения подземных вод в периоды половодий и паводков, а на воды подрусловых потоков — постоянно. Наиболее опасны грязные реки в местах «гидрогеологических окон», где нисходящее перетекание из них загрязняет межпластовые водоносные горизонты. Это особенно отчетливо видно в городах, эксплуатирующих межпластовые подземные воды.

Атмосферные осадки обусловливают региональное загрязнение подземных вод.

Населенные пункты, особенно городского типа, характеризуются комплексным проявлением источников загрязнения. Они могут быть первичными и вторичными. Их виды определяются характером техногенных нагрузок и природных факторов. При этом для городов характерен конкретный набор загрязнителей городского типа, в котором обязательны Cl, Na, органические и органо-минеральные соединения.

Отходы промышленных предприятий. По сочетанию компонентов- загрязнителей близкого состава их целесообразно разделить на пять групп.

В первую группу входят отходы, содержащие преимущественно неорганические вещества со специфическими свойствами. Это: а) сточные воды химической промышленности, переработки неорганического сырья (содовые, сернокислотные, азотно-туковые заводы); б) сточные воды предприятий черной и цветной металлургии, машиностроительной и металлообрабатывающей отраслей, фабрик обогащения черных и цветных металлов.

Компоненты-загрязнители представлены преимущественно СГ, SO^-, НССГ, СО|”, Na+, Са2+, NOj, NOj, NH| с высокой концентрацией Fe , F", Zn2+, As3+, Mn4*, Mo4*, Ti4*, W2+, Hg2+, Al3+, Cd2+, PO^-, а также цианидов, сульфидов, роданидов, дитиофосфатов, аминов, анилина, пиридина, формальдегида, бензола в незначительных концентрациях, но обладающих существенной токсичностью.

Вторую группу составляют отходы с ограниченным числом загрязнителей, содержащих главным образом неорганические вещества. Сюда входят слабоминерализованные стоки горнодобывающих, углеобогатительных, некоторых рудообогатительных предприятий (например, марганцевых руд). Компоненты-загрязнители: Br", I-, К+, Na+, Mg2+, Са2+, Cu2+, Fe2+, Fe3+.

К третьей группе относятся отходы, содержащие органические вещества сложного состава. Это сточные воды химических (органический синтез), коксохимических, газосланцевых, нефтеперерабатывающих, нефтехимических, целлюлозно-бумажных и других предприятий. Специфическими в них являются красители, смолы, фенолы, тетраэтилсвинец, дихлорэтан, синтетические жирные кислоты и спирты, нефтепродукты, ароматические углеводороды и др., а также SO2", S202-, СГ, СО2', РО3', Na+, Са2+, Cu2+, Pb2+, H2S и другие сульфиды.

В четвертую группу включаются отходы с минеральными и органическими компонентами-загрязнителями, формирующиеся на дрожжевых, картофелекрахмальных, сахарных, пивоваренных заводах, скотобойнях и др. Загрязнители представлены НСО", СО2-, SO2-, СГ, Са2+, Na+, Mg2+, NH4+, NO2', Fe2+, Fe3+, Mn#, H2S, жирными кислотами, альдегидами, алкоголем. Часто загрязненная отходами данной группы подземная вода приобретает повышенную суммарную минерализацию, в ряде случаев значительно увеличивается ее жесткость.

Пятую группу составляют радиоактивные отходы. Наиболее опасны для подземных вод загрязнения изотопами, характеризующимися следующими периодами полураспада: 90Sr — 28,7 лет; 137Cs — 30,0 лет; 134Cs — 2,05 года; 144Cs — 28 дней; 103Ru — 39,5 дня; 106Ru — 368 дней; 60Со — 6,26 лет; 1311 — 8,05 дня; 35S — 87,1 дня.

Понятно, что большую опасность представляют долгоживущие изотопы стронция и цезия.

Бытовые отходы. Характеризуются повышенными концентрациями С1~, NH3, NH4, H2S, органических кислот, альдегидов, алкоголя, микроэлементов В, Cd, Hg, Си, Pb, Zn, Cr, Ni, Na; также в них присутствуют бензолы, масла, бензин, керосин и др.

Для всех бытовых отходов характерны повышенные концентрации нейтральных и патогенных микроорганизмов. Последние создают бактериальное загрязнение, вследствие которого в подземных водах могут распространяться вирусы и болезнетворные бактерии. Эти загрязнения чрезвычайно опасны, так как способны вызвать серьезные заболевания. Бытовые отходы, как и промышленные, по фазовому состоянию могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

Твердые бытовые отходы являются главными компонентами отвалов, мусорных городских и других свалок. В определенных условиях серьезное загрязнение возможно в районах кладбищ. На отвалах и мусорных свалках содержатся городские отходы, макулатура, упаковка разных видов (бумажная, пластиковая, стеклянная, деревянная, металлическая), отходы в виде пепла, шлака и т.д. Существует довольно много возможных путей загрязнения подземных вод за счет твердых отходов, например аварийные ситуации (рассыпание отходов при транспортировке, плохом хранении и т.д.).

При загрязнении подземных вод твердыми отходами характер загрязнения часто определяется степенью и особенностями разложения отходов. Около 50% всех твердых отходов минерализуется. Разложение твердых отходов происходит как непосредственно в телах отвалов и свалок, так и в окружающей их среде, характер разложения и продукты разложения зависят от окислительно-восстановительных условий. В окислительных условиях разложение отходов протекает быстрее и в значительном числе случаев доходит до продуцирования тепла, воды и газов: СН4 и С02 и простых минеральных компонентов. Подземные воды обогащаются Cl-, SO|_, Р04-, Na+, К+, Са2+, Mg2+, NOj, HCOj, СО|_, Fe, Мп и другими микрокомпонентами; повышается суммарная минерализация подземных вод, воды становятся жесткими. В воду могут попадать специфические субстанции, например селен. В воде появляется большое число аэробных бактерий. Разложение твердых бытовых отходов в окислительных условиях может вызвать повышение температуры среды, иногда значительное (до 80-100 °С).

В восстановительных условиях разложение твердых бытовых отходов, как правило, не доходит до конца и подземные воды обогащаются промежуточными продуктами разложения. Это масла, алко- голи, альдегиды, жирные кислоты, С02, Н+, H2S, S, NH3, NH2, сульфиды, N2, N02, NHj, Fe2 и другие микрокомпоненты. Подземные воды обогащаются микроорганизмами (дрожжевыми, грибковыми и др.). Жидкий компонент свалок называется «фильтрат».

Жидкие бытовые отходы (коммунальные) по набору и характеру компонентов в значительной степени сходны с твердыми. Различие заключается в меньших количествах кальция и магния, что не способствует при загрязнении ими подземных вод формированию жесткости. Широко распространены жидкие бытовые отходы, носящие линейный характер и имеющие место, главным образом, в населенных пунктах городского типа. В геохимическом отношении они составляют две группы. Первая представлена нефтью, бензином, маслами, керосином и другими отходами транспортного хозяйства. Вторая группа линейных загрязнений представлена хлористым натрием, попадающим в подземную воду вследствие использования соли в борьбе с гололедом.

Помимо населенных пунктов, загрязнение подземных вод горючими веществами, маслами и хорошо растворимыми солями можно ожидать на значительной части автодорожных трасс.

Газообразные отходы. Образуются главным образом при сгорании угля, бензина и других горючих веществ. Они могут переноситься ветром на значительные расстояния от мест загрязнения. Широко распространяются в подземных водах HS04 и H-,S04, образующиеся в атмосфере за счет окисления оксидов серы. Подземные воды, загрязненные HS04 и H2S04, становятся более кислыми. Кислые воды выщелачивают из почв кальций, фосфор, калий, железо, алюминий и многие другие элементы.

Сельскохозяйственные отходы. Загрязнение сельскохозяйственными отходами может быть региональным и локальным.

Региональное загрязнение часто занимает большие площади. Оно связано, главным образом, с использованием в сельскохозяйственной практике удобрений, а также препаратов для опыления растений, в том числе лесов от вредителей.

Минеральные удобрения классифицируются по составу:

а) на азотные; б) фосфорные; в) калийные (есть смешанные). Все они содержат добавки макрокомпонентов (магния, кальция и др.) и микрокомпонентов (бора, железа, марганца и др.).

В целом компоненты-загрязнители от минеральных удобрений — азот, Са2+, Mg2+, К+, Na+, NHJ, NOj, НС03-, РО|“ и ряд микрокомпонентов.

При загрязнении от калийных удобрений, представленных хорошо растворимым хлористым калием, в подземных водах значительно возрастает концентрация хлоридов и суммарная минерализация; загрязнение азотными удобрениями приводит к формированию аммиачных и нитратных вод.

Органические удобрения способствуют формированию в подземных водах повышенных концентраций углекислоты, которая при наличии известковистых почв вызывает их углекислотное выщелачивание. Последнее обусловливает появление в подземных водах повышенных концентраций гидрокарбонат-иона и кальция; воды могут приобретать жесткость.

Препаратов для защиты растений существует большое разнообразие — около 60 тыс. видов. Они делятся, в общем, на три группы относительно токсичности. В первую группу входят яды, во вторую — препараты, вредные для здоровья человека, в третью — не вредные для его здоровья. Из вредных широко распространены пестициды, гербициды, инсектициды и др.; гексахлоран, альдрин и др. Изменяются физические свойства подземных вод — они приобретают пенистость, неприятные вкус и запах.

Локальное загрязнение подземных вод связано:

  • 1) с плохими условиями хранения минеральных удобрений, препаратов для защиты растений и др.; потерями их при транспортировке; хранением удобрений и препаратов в подземных хранилищах в сроки, более продолжительные относительно норм;
  • 2) наличием птицефабрик, птицеферм, животноводческих комплексов;
  • 3) наличием хуторов с коровниками, конюшнями, овчарнями и др.

Все локальные загрязнения способствуют повышению концентрации в подземных водах СГ, Na+, К+, HCOj, N03-, NO^, NH? может повышаться суммарная минерализация вод, достигая значительных величин. Загрязнения могут охватывать значительные площади.

Сравнительный анализ состава загрязнителей промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых отходов позволяет выделить компоненты-загрязнители глобального распространения, но загрязняющие подземные воды в различной степени. Это макрокомпоненты HCOj, S04~, CL, Ca2+, Mg2+, Na+, азотные соединения, нефти, нефтепродукты и многие микрокомпоненты.

Из большого числа микрокомпонентов по стабильности присутствия в жидких, твердых, газообразных фазах, и по присутствию в значимых концентрациях выделяются следующие группы:

  • • стабильно присутствующие в подавляющем большинстве случаев: Hg, Си, Сг, РЬ, В;
  • • присутствующие во многих случаях: Ва, Sr, As, Fe, Со, Li, F;
  • • приуроченные к отдельным видам отходов: электротехнической промышленности — Be, Со, Mo, Ni, Ti, V, W, Zn; металлургической промышленности — Mn, Со, Ni, Sn, Zn, Be; фосфорных удобрений — P, Zn и т.д.

Среди органических загрязнителей наиболее распространены фенолы, нафгены, ПАВ, гуминовые и фульвокислоты, образующие с минеральными макро- и микрокомпонентами комплексные соединения, нередко с повышенной растворимостью, что способствует обширному площадному загрязнению.

Атмосфера занимает особое положение среди источников загрязнения. Основные составляющие загрязнений атмосферы — соединения серы, азота, углерода, микрокомпоненты. Незначительная часть компонентов-загрязнителей сохраняется в атмосфере в форме пылеватых частиц, которые оседают на поверхности земли. Распространенными являются оседания S02, S03, HSO^", HS04, SO|- с пылеватыми частицами и аэрозолями.

Большая часть компонентов-загрязнителей достигает поверхности земли с атмосферными осадками. Макрокомпонентный состав атмосферных осадков в основном соответствует природному фону: как правило, гидрокарбонатный кальциево-магниевый.

Содержание NH^- в атмосферных осадках нефтегазовых районов — от десятых долей до первых единиц миллиграммов на литр. Аммоний-ион окисляется быстро через NOJ до NOJ. Суммарное содержание всех форм азотных соединений в атмосферных осадках практически не превышает первых единиц мг/дм3.

Многочисленные микрокомпоненты в техногенных условиях присутствуют в атмосфере в формах: MeS; MeS04; Ме04; Ме2+; Ме02 (где Me = Mn, Zn и др.). Диапазон их концентраций в общем виде 0,001л—0,0001л.

Микрокомпоненты постоянного присутствия в повышенных концентрациях — Р, В, Li, Sr, Mn, Си, Hg, Cd; эпизодического присутствия в низких концентрациях — Со, Bi, Ni, Ti, Be, V.

В твердых промышленных отходах присутствует значительное число микрокомпонентов (медь, никель, свинец, цинк, молибден, кобальт, железо, марганец и др.), азотные соединения, фосфаты, фенолы, цианиды и др.

Нефтепродукты включают углеводородную фракцию (алифатические, ароматические, ациклические), составляющую 70—90% от веществ нефти и продуктов ее переработки, содержат многие микрокомпоненты, а также обладают токсичным и даже наркотическим действием на организмы, поражая сердечно-сосудистую и нервную системы. Наиболее опасны полициклические конденсированные углеводороды (бенз(я)пирен и др.), обладающие канцерогенными свойствами. ПДК нефтепродуктов в водах хозяйственно-питьевого пользования 0,3 мг/дм3, в водах рыбохозяйственных водоемов — 0,06 мг/дм3.

Органические вещества в стоках представлены в значительной части кислыми соединениями — низкомолекулярными жирными кислотами и др.; фенолами, углеводородами, битумами. Особую опасность представляют фенолы и другие органические соединения, обладающие высокой миграционной способностью. В стоках присутствуют комплексные соединения органических веществ с сульфатами, нитратами, хлоридами, натрием. Многие из них устойчивы.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>