Загрязнение воды – одна из актуальных проблем, стоящих сегодня перед людьми. По данным ВОЗ (Всемирной Организации Здравоохранения):
- Вода содержит 13 тыс. потенциально токсичных элементов.
- 25 млн. человек ежегодно умирает от загрязнения воды.
- Причиной каждой третьей смерти ребенка на Земле является загрязнение воды.
Воду загрязняет множество различных химических веществ, простых и сложных, органических и неорганических.
Тест на БПК
Для определения загрязненности воды используют тест на БПК (биохимическая потребность в кислороде). По нему определяется способность органических веществ разлагаться под воздействием микроорганизмов, присутствующих в сточных водах. Для этого в лаборатории 5-20 дней выдерживают пробу сточной воды, обеспечивая присутствие в ней кислорода, и по количеству потребляемого кислорода определяют количество находящихся в воде органических загрязнений. Чем больше БПК, тем сильнее загрязнена вода.
Биоразлагаемые материалы
Естественные органические вещества обычно разлагаются под воздействием бактерий. Искусственные материалы до недавнего времени бактериями не разлагались. Попадая в природную среду, они сохранялись в ней в неизменном виде, тем самым ее засоряя. В последнее время возрос интерес к искусственным материалам, которые могли бы разлагаться при помощи микроорганизмов. Для этого в химический состав искусственных материалов были введены специальные вещества (например, гидроксикарбоновая кислота или полисахариды). Предполагается, что биоразлагаемые продукты экологичны и не наносят вреда окружающей среде. Однако такие материалы увеличивают нагрузку на бактерии, которые начинают потреблять больше растворенного в воде кислорода.
«Газированная» вода
В воде могут образовываться газы: аммиак, азот, сероводород, углекислый газ, водород и метан (он же болотный газ). Как это происходит? В ходе разложения белков и выделений животных образуется аммиак и его производные. Причем это происходит независимо от того, сколько в воде растворено кислорода. Однако если в воде присутствует кислород, то бактерии окисляют аммиак, и в результате образуются нитраты и нитриты. Если же кислорода нет, то аммиак не окисляется и остается стабильным.
Когда воды с удобренных нитритами и нитратами полей стекают в стоячие водоемы, где уже накоплены органические остатки, то нитриты и нитраты превращаются в газообразный азот.
В донном иле стоячих водоемов живут бактерии, развивающиеся в бескислородной среде. Они производят сероводород, используя кислород, присутствующий в сульфатах.
Углекислый газ, водород и метан производятся анаэробными бактериями, если в соединениях недостаточно доступного кислорода.
Плохое «обогащение»
Эвтрофикация, или эвтрофирование – обогащение водоемов питательными веществами, особенно азотом и фосфором, главным образом биологического происхождения. В результате в водоеме активно развивается растительность, со временем водоем зарастает, превращается в илистое болото, наполненное гниющими растениями, и в конце концов пересыхает. Этот процесс может быть естественным (так называемое старение водоема), он занимает долгое время, иногда тысячи лет. Но эвтрофикация может быть и антропогенной – то есть происходящей под воздействием человеческой деятельности. Тогда процесс катастрофически ускоряется, и водоем может погибнуть за несколько десятилетий. Это происходит, если в водоем сливаются необработанные сточные воды, особенно из животноводческих комплексов, а также с удобренных полей, или производственные отходы, содержащие моющие средства. В водоеме, «обогащенном» с помощью таких стоков азотом и фосфором, водные растения начинают бурно размножаться. В результате рыба, обитающая в водоеме, лишается своей среды, растения отбирают у нее пространство. Но кроме этого, рыба лишается необходимого ей растворенного в воде кислорода – его потребляют аэробные бактерии в процессе разложения растительных останков, которых также становится больше. Рыба в таком водоеме погибает, и он заполняется водорослями и теми животными, которые питаются водными растениями. Избыток азота способствует развитию синезеленых водорослей (цианобактерий), покрывающих камни и грунт слизистым налетом с дурным запахом.
Загрязнение теплом
Человеку трудно представить себе, каким образом теплая вода может оказаться вредной. Однако искусственное повышение температуры в водоемах негативно сказывается на водных организмах. А почему вообще повышается температура воды? Это результат деятельности человека. Электростанции нагревают воду в водоемах, на которых они расположены. В реки и озера сбрасываются горячие стоки с промышленных предприятий. Из-за избытка тепла кислород хуже растворяется в воде, ускоряются химические реакции. Рыбы и другие водные организмы не успевают приспособиться к изменению условий, получают тепловой шок и погибают. Могут быть и иные последствия. Например, изменение процесса обмена веществ, изменение поведения (несвоевременный нерест у рыб, нарушения миграции).
Ядовитая органика
Пестициды побеждают вредных насекомых (в том числе малярийных комаров), вредителей, уничтожающих посевы, и сорняки. Но за все приходится платить. Доказано, что пестициды накапливаются в организмах и циркулируют внутри пищевых цепочек. Благодаря своей структуре пестициды не разлагаются ни химическим, ни биологическим способом, передаются от одного организма к другому и накапливаются.
Химикаты попадают в грунтовые воды, оттуда – в реки, накапливаются в рыбах и других водных организмах. Известны случаи, когда чайки погибали, съев рыбу, содержащую инсектицид ДДТ. Некоторые виды птиц оказались на грани вымирания. Их яйца разбивались раньше времени, и птенцы перестали вылупляться. Яичная скорлупа стала слишком хрупкой потому, что в организме этих питающихся рыбой птиц (в их числе белоголовый орлан и пеликан) накопилось слишком много пестицидов.
Радиоактивность
Вот несколько известных фактов.
В 1957 году произошел взрыв на предприятии, входивших в химкомбинат "Маяк". Взорвалась емкость с жидкими радиоактивными отходами. Около 80 тонн высокоактивных отходов образовали радиоактивное облако, поднявшееся в высоту до 1 км. Часть радионуклидов рассеялась в атмосфере и позже выпала на землю. 90% радиоактивных частиц расположилось вблизи места взрыва, а остальные были перенесены ветром на расстояние более 300 км в северо-восточном направлении. Эти частицы, выпадая на пути в виде дождя, загрязнили территорию, получившую название Восточно-Уральский радиоактивный след.
Исследования, проведенные в 1991 году на реке Тече и ее пойме, установили значительную площадь радиоактивного загрязнения, примерно 65 кв. км.
После взрыва на Чернобыльской АЭС подверглись радиоактивному заражению реки бассейна Днепра, Сожа, Припяти, в меньшей степени – Немана и Западной Двины.
Радиоактивные изотопы устойчивы, они также аккумулируются внутри пищевых цепей. При радиоактивном распаде ядра атомов радиоизотопов испускают элементарные частицы и электромагнитное излучение. Это продолжается до тех пор, пока все атомы радиоактивного химического элемента не трансформируются под воздействием радиации в атомы других элементов. У радиоизотопа есть определенный период полураспада – время, за которое число атомов в любом его образце уменьшается вдвое. Для некоторых радиоактивных изотопов период полураспада может составлять миллионы лет. Все это время происходит излучение. Как это сказывается на живых организмах, живущих в водоемах, куда сбрасываются радиоактивные отходы? Радиация разрушает ткани растений и животных, приводит к генетическим мутациям, бесплодию и гибели. Известно, что повторяющееся облучение малыми дозами может действовать так же, как однократное сильное облучение.
Токсичные металлы
Ядовитые металлы – ртуть, мышьяк, кадмий, свинец – также накапливаются в организме. Результат воздействия повторяющихся малых доз может быть таким же, как при однократном приеме большой дозы. Анаэробные бактерии перерабатывают ртуть из промышленных стоков в еще более ядовитые формы (например, метилртуть), которые вызывают поражения нервной системы и мозга животных и человека, а также генетические мутации. Метилртуть выделяется из донных осадков, это летучее вещество, попадающее вместе с водой в рыбу и накапливающееся в ее тканях. Рыба может и не погибнуть, но съевший ее человек может отравиться.
В моющих средствах, содержащих водорастворимые ферменты и фосфаты, и красителях, предназначенных для окрашивания косметических салфеток и туалетной бумаги, содержатся малые дозы мышьяка. Производство металлических изделий, аккумуляторных батарей, красок, стекла, бензина и инсектицидов сбрасывает в водоемы сточные воды, содержащие свинец. А производство аккумуляторных батарей «обогащает» воды кадмием.
Другие металлы-загрязнители
Некоторые металлы, например, железо и марганец, окисляются в воде в результате химических или биологических (под влиянием бактерий) процессов. Железо и марганец обнаружены в водах, просочившихся из шахт и со свалок металлолома, а также из естественных болот. Соли железа и марганца окисляются в воде, становятся менее растворимыми и образуют твердые окрашенные осадки, выпадающие из растворов. Из-за них вода становится мутной. Стоки железорудных шахт и свалок металлолома окрашены в рыжий или оранжево-коричневый цвет из-за присутствия оксидов железа (ржавчины).
В водостоках, по которым текут сточные воды, цинк и медь поглощаются илистыми донными осадками и вместе с ними переносятся течением. Их токсическое действие усиливается в кислой среде по сравнению с нейтральной или щелочной. В кислых сточных водах угольных шахт цинк, медь и алюминий достигают концентраций, смертельных для водных организмов. Некоторые загрязнители, не являясь опасными сами по себе, превращаются в яд при взаимодействии с другими веществами – например, медь в присутствии кадмия.
Вредные соли
Соли, образующиеся при нейтрализации кислотных или щелочных промышленных стоков, например, хлорид и сульфат натрия, хлорид кальция, не перерабатываются ни биологическим, ни химическим путем. Эти вещества влияют на качество воды, в которую они попадают со стоками. Во многих случаях нежелательно использовать «жесткую» воду – то есть воду с высоким содержанием солей, поскольку соли образуют осадок на стенках труб и котлов. Соли магния также увеличивают жесткость воды.