Материал: Безопасность жизнедеятельности в экологически неблагоприятных условиях. Суровцев И.С., Борисов Ю.М

млн.т загрязненных вод [1], что приводит к ухудшению качества воды близлежащих водоемов. Но самое массированное воздействие оказывает сельское хозяйство - это смыв с сельскохозяйственных угодий почвы, включающей в себя неорганические и органические соединения, вымывание удобрений и ядохимикатов, сброс отходов животноводства. Промышленность также добавляет немалый процент фосфора в воду, например, предприятия теплоэнергетики работающие на ископаемом топливе, производство удобрений. При сжигании бытовых отходов, использовании аэрозолей загрязнение происходит через атмосферные осадки, что вызывает сложность при определении степени загрязнения водоема от данного источника.

Антропогенные факторы также активизируют процесс эвтрофирования, например создание Севанно-Разданского ирригационно-энергетического комплекса (1936-1977гг) привело к понижению уровня озера Севан более чем на 18 м, что повлекло рост биопродуктивности водоема и накопление автохтонного органического вещества в донных осадках [1]. В результате из-за «цветения воды» произошло накопление запасов азота в водоеме за счет фиксации атмосферного азота сине-зелеными водорослями, что привело к дестабилизации экосистемы и перестройке структуры трофических связей гидробионтов, уменьшению видового состава.

Помимо антропогенных факторов ухудшения качества воды водоемов следует отметить и естественные. Большое количество природных загрязнений поступает весной с паводковыми водами и во время дождей, в составе которых присутствуют растворимые и нерастворимые загрязняющие вещества: растительные остатки, продукты размыва берегов, мусор, минеральные вещества, вымываемые из почв.

Эвтрофирование водоемов является естественным процессом, обычно за несколько тысяч лет озеро меняется естественным путем из олиготропного (бедного органическими веществами, с малым содержанием углекислого газа, нерастворимостью железа и прозрачной водой) в эвтрофное (богатого органическими веществами, с малым содержанием кислорода, гибелью некоторой растительности и помутнением воды). Однако процессы урбанизации, повышенная рекреационная нагрузка приводят к аналогичным последствиям всего за несколько десятилетий, сейчас можно говорить об антропогенной эвтрофикации водоемов, противопоставляя ее естественной. Особенно остро стоит проблема с малыми реками, с искусственно созданными водоемами как ландшафтно-архитектурными, так и с водохранилищами.

Искусственные водоемы подвергаются более массированным воздействиям, так как их питание осуществляется, в основном, в паводковый период за счёт таяния льда, снега и за счет атмосферных осадков. Ливневые и талые потоки, стекающие в водоёмы, несут большое количество мусора и вредных веществ, которые в изобилии содержатся в атмосферном воздухе и почве городов. Попавшие с водой в водоем твердые органические вещества становятся объектом воздействия микроорганизмов. На их расщепление и окисление используется кислород. Это приводит, с одной стороны к изменению газового режима водоема, а с другой - к накоплению полуразложившихся остатков и к заиливанию дна. Неудовлетворительное состояние таких прудов в значительной степени связано с низким содержанием в воде растворённого кислорода, определяющего самоочищающую способность.

Самоочищающая способность водоёма является результатом химико-биологических процессов, протекающих с участием различных микроорганизмов: бактериопланктона, фитопланктона и зооплактона, способных перерабатывать органические и минеральные вещества, окислять тяжёлые металлы и другие канцерогенные вещества. Продукты очистки консервируются в нерастворимом виде, в донных отложениях, где с участием анаэробных микроорганизмов происходит дальнейшее окисление химических элементов.

При поступлении высоких концентраций органических веществ, гидробионты не успевают их использовать, и они накапливаются в водоеме. Токсичные вещества нарушают целостность экологической системы водного объекта, снижая его способность к самоочищению. Развивается эвтрофикация (цветение) водоёма, которая сопровождается вторичным загрязнением токсичными видами сине-зелёных водорослей, детритом (мертвыми органиче-

195

скими загрязняющими веществами) фито- и зоопланктоном [2]. В период максимальной биомассы сине-зелёных водорослей происходит накопление плёнок на поверхности воды с последующей их миграцией по акватории под действием течений. Сгоняемые к берегам, они образуют разлагающиеся скопления биомассы, сопровождающиеся рядом экологически опасных явлений: дефицитом кислорода, выделением комплекса токсинов, бактериальным загрязнением, образованием ароматических веществ. В этот период могут возникать помехи в водоснабжении вследствие механического закупоривания решеток и забивания фильтров на станциях водоподготовки, становится невозможным рекреация. Вода, насыщенная продуктами метаболизма водорослей аллергена, токсична и непригодна для использования в питьевом водоснабжении. Она вызывает различные заболевания, в том числе желудочнокишечного тракта. Воздействие метаболитов и токсинов приводят к ряду заболеваний у рыб и теплокровных животных, возможна массовая гибель рыб, зоопланктона.

Для борьбы с «цветением» водоемов предлагаются различные методы, но надежного способа пока не существует. В качестве основного средства борьбы с чрезмерным развитием водорослей довольно длительное время применялось купоросование воды. Водоросли чувствительны к соединениям меди, и большинство видов погибает при определенных концентрациях, которые еще безвредны для животных и человека. Однако практика показала, что водоросли способны адаптироваться к соединениям меди и выдерживать концентрации, значительно больше тех, которые первоначально вызывали их гибель [3]. При купоросовании многие виды водорослей погибают, но устойчивые формы получают особо благоприятные условия для своего развития. В результате вместо «цветения», вызванного несколькими видам водорослей, происходит неограниченное «цветение» одного вида, устойчивого к меди. Применение различных альгицидов, тоже оказалось малоэффективно, так как они действуют избирательно, а в некоторых случаях даже стимулируют развитие водорослей.

Очевидно, что для предотвращения эвтрофикации необходимо ограничить поступление в водоем биогенных и органических элементов, использовать естественные взаимоотношения различных групп гидробионтов, стабилизировать кислородный режим водоема. Для нормального протекания биохимических реакций необходимо равномерное распределение кислорода по всему объёму. В естественных условиях перемешивание осуществляется за счет естественной проточности водоёма, но последствия антропогенного воздействия, особенно на урбанизированных городских территориях, вызывает её уменьшение.

Одним из методов улучшения качества воды в водоемах являются инженерные мероприятия. Самым простым, но не всегда доступным, способом является устройство перепадов воды. Наиболее эффективно их устраивать при выпуске сточных вод. Искусственные и естественные перепады воды и водосливные плотины для аэрации загрязненных речных и очищенных сточных вод, при летней температуре воды обеспечивают концентрацию растворенного кислорода до 3 мг/л. На Люблинской станции аэрации при высоте перепада около 4 м концентрация кислорода увеличивается с 2,1-2,5 до 5,1-5,5 мг/л. На Зеленоградской станции аэрации на быстротоке длиной около 40 м и шириной 1,5 м, при перепаде уровней около 6,5 м происходит практически полное насыщение воды кислородом. На выпуске сточных вод Курьяновской станции аэрации в шахтном водосбросе при перепаде уровней около 5 м. концентрация кислорода в воде увеличивается от 4,9-5,4 до 6,9-7,0 мг/л.

Искусственные и естественные перепады воды и водосливные плотины при аэрации загрязненных речных и очищенных сточных вод, повышают содержание растворенного кислорода воде максимум до 7мг/л. Основной недостаток аэрации с помощью перепадов воды по сравнению с аэраторами других систем это малое время контакта между воздухом и жидкостью. При устройстве водосливов - аэраторов с затопленным гидравлическим прыжком, с увеличением перепада уровней и глубины нижнего бьефа эффективность аэрации увеличивается Оптимальные значения глубины нижнего бьефа составляют: для водосливов с тонкой стенкой и зубчатой стенкой - 0,9 м, для водосливов с широким порогом и зубчатым отвер-

196

стием - 0,8 м. При увеличении перепада уровней больше чем 0,7-0,8 м эффективность аэрации увеличивается незначительно.

Использование системы водооборота и струйно-вихревых аэраторов позволяет полностью насытить воду кислородом за определенный промежуток времени (зависит от мощности насосных установок и объема аэрируемого пространства). Это незаменимое устройство для очистки и улучшения качества искусственных водоемов, так как возможна полная фильтрация и очистка воды от нежелательных элементов, в зависимости от фильтрующего материала. При использовании таких аэраторов для Большого пруда Московского зоопарка, качество воды по основным показателям улучшилось в два раза, а содержание кислорода увеличилось в 5-8 раз до 7,9 мг/л [4]. Дополнительным аспектом применения таких струйновихревых аэраторов является большая площадь аэрирования и создание ощущения текущей воды, что является дополнительным эстетическим аспектом.

Особое место в создании эффектных ландшафтных композиций и насыщению воды кислородом занимают струйные аэраторы фонтанного типа. Эффективность таких аэраторов достигает максимального значения, на небольших площадях работы устройства. Постоянный водообмен и водовоздушые струи насыщают воду кислородом, что приводит к сдвигу популяций водорослей от менее желательных сине-зеленых к не столь вредным зеленым. Например, использование малой фонтанной насадки для аэрирования пруда базы отдыха «Олеандр» способствует сохранению хорошего состояния мелкого (до 1м) водоема в летний период. Для эффективной работы системы струйной аэрации необходима её комбинация с системой искусственного водооборота. Забор холодной воды осуществляется со дна водоема или придонного участка, чтобы не было взмучивания донных отложений. Распыливание происходит через насадки расположенные на подающем патрубке. При автоматическом регулировании (периодический режим работы) происходит значительная экономия электроэнергии, при постоянном уровне кислорода в воде. Такую систему аэрации целесообразно применять для водоемов с застойными зонами.

Предложенные аэрирующие устройства, несмотря на кажущуюся простоту, имеют преимущества перед химическими методами борьбы с эвтрофикацией водоемов. Они улучшают качество воды, кардинально не изменяя ее химический состав, адаптация водоема происходит постепенно, что не будет состоянием шока для биоты. Изменяется эстетическое восприятие водоема, следствием чего является улучшение самочувствия человека.

Библиографический список

1.Потапов АД. Экология / А. Д. Потапов. - М: Высш. Шк, 2000. - 446 с.

2.Помогаева ВВ. Изменение качества водоемов при антропогенной нагрузке и искусственной аэрации их фонтанными струями / ВВ. Помогаева, В.И. Щербаков, ЕВ. Дроздов // Водоснабжение, водоотведение, гидротехника, инженерная гидрогеология: сб. тезисов докладов к науч.-практич. конф.и посвященной 70-летию ФГУП «НИИ ВОДГЕО». - Москва, 2004.-С. 23-24.

3.Николайкин НИ. Экология / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. -

М. : МГУИЭ, 2000. - 504 с.

4.Инженерная защита окружающей среды/ [под ред. Ю.А. Бирмана, Н.Г. Вурдовой]. -

М.: изд-во АСВ, 2002. - 296 с.

References

1.Potapov A.D. Ecology / A.D. Potapov. - M: Higher School, 2000. - 446 p.

2.Pоmоgаеvа V.V. Change of quality of reservoirs at anthropogenous loading and artificial aeration by their gushing streams / V.V. Pomogaeva, V.I. Sherbakov, E.V. Drozdov // Water sup-

197

ply, water removal, hydraulic engineering, engineering hydrogeology: Theses of reports to nauch.- praktich. conf. devoted to 70 anniversary FGUP "Scientific research institute VODGEO". - Moscow, 2004. - p. 23-24.

3.Nikolayikin N.I. Ecology / N.I. Nikolayikin, N.E. Nikolayikina, O.P. Melehova. - М: MGUIEM, 2000. - 504 p.

4.Engineering protection of the surrounding environment / [under the editorship of J.A.Birmana, N.G.Vurdovoj]. - М: publishing house ASV, 2002. - 296 p.

Г.В. Славинская, О.В. Ковалева

ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Рассмотрено состояние природных вод, содержащих органические вещества природного (гуминовые и фульвокислоты) и синтетического (поверхностноактивные вещества) происхождения. Показано влияние методов обеззараживания на химический состав питьевой воды.

Ключевые слова: поверхностно-активные вещества, фульвокислоты, гуминовые кислоты, хлорирование, сорбция, анионит.

G.V. Slavinskaya, O.V. Kovaleyva

PROBLEMS OF OBTAINING SAFE DRINKING WATER

The state of natural waters containing organic substances of natural (fulvic acids and humanus acids) and synthetic (surface-active substances) origins is considered. The influence of the methods for disinfecting on the chemical composition drinking water is shown.

Keywords: surface-active substances, fulvic acids and humanus acids, chlorination, sorption, anionit.

В различных отраслях промышленности технологи предъявляют определенные требования к качеству воды. Для многих производств они закреплены соответствующими нормативными актами – ГОСТами или Техническими условиями. Количество примесей в воде и их характер диктуются спецификой выпускаемой продукции. В воде питьевого назначения по номенклатуре примесей и их количеству не допускается присутствие токсичных веществ, взвешенных частиц, окрашенных примесей, обусловливающих цветность воды и т.д. Кроме того, солей жесткости должно быть не более 7,0 ммоль экв/л при содержании солей до 1 г/л.

© Славинская Г.В., Ковалева О.В., 2009

198

До 1996 года в стране действовал ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая», в котором ограничивались концентрации неорганических примесей в воде, а содержание органических компонентов характеризовалось только величиной цветности – не более 20 градусов хромкобальтовой шкалы.

Однако повсеместное загрязнение водоемов веществами антропогенного происхождения привело к тому, что возникла насущная необходимость лимитирования их содержания в питьевой воде. Например, загрязнение водоемов поверхностно активными веществами (ПАВ) привело к тому, что введенный в действие в 1996 году нормативный документ - «Санитарные правила и нормы качества питьевой воды» – СанПиН 2.1.4.559-96 уже ограничивает их содержание в воде – до 0,5 мг/л. Приведены ПДК и некоторых других токсичных органических веществ, в том числе фенолов (0,25 мг/л) и нефтепродуктов (0,1 мг/л). Эти же нормы устанавливает новый СанПиН 2.1.4.10749-01, действующий с 2001 года. Указанные в нем примеси присутствуют в водоисточниках г. Воронежа, о чем свидетельствует «Доклад о состоянии окружающей среды и природоохранной деятельности городского округа г. Воронежа в 2006 году» [1] и материал в сообщении [2]. В них указывается, что часть водоносных слоев, из которых артезианская вода подается для снабжения города Воронежа питьевой водой, загрязнена большим количеством ПАВ [2].

Наличие ПАВ в подземных водах г. Воронежа обсуждалось исследователями 50 лет назад, когда были предприняты попытки проследить пути попадания жидких выбросов завода синтетического каучука в подземные воды [3]. Высказывались предположения о возможном проникновении такого трудно окисляемого синтетического детергента как некаль в грунтовые и подземные воды. Тревога была вызвана тем, что химически загрязненные стоки проходят не только через песчаный грунт - водопроницаемость водоупорных глин тоже нельзя считать абсолютной. Этому способствовали причины, усиливающие просачивание стоков в водоносные слои, среди которых называли подсасывание стоков при отборе воды насосами из артезианских скважин.

К неблагоприятным факторам в то время были отнесены: перегрузка полей фильтрации заводскими стоками, расположение в этом районе мощных водозаборов, сопряженность (пространственная неразделенность) водоносных горизонтов и др. Просачивание стоков завода СК в водоносный горизонт и загрязнение подземных вод некалем отмечено уже в 1956 г [4]. Так как (в соответствии с прогнозом экологов [5]) вода подземных горизонтов обновляется в течение 1400 лет, то за прошедшие 50 лет состояние артезианской воды измениться не успело, что подтверждают данные работы [2].

Так, купол загрязнения некалем в районе Левобережных очистных сооружений г. Воронежа простирается от ВОГРЕСа почти до села Масловка. Концентрация ПАВ достигает местами сотен мг/л. Площадь загрязнения составляет 7 км2, а концентрация ПАВ доходит до 1660 ПДК [2]. Следы некаля в настоящее время обнаруживаются в воде водозаборов № 6 и № 9. Производительность последнего ограничена, несмотря на дефицит воды в городе, так как остается незадействованной скважина № 28 из-за угрозы загрязнения Никольского водозабора некалем. В воде реки Дон и Воронежского водохранилища концентрации ПАВ и нефтепродуктов в 3 раза превышают ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения [2].

Разрушение некаля излучением в подземном куполе вряд ли можно считать выходом из создавшейся напряженной ситуации с водой в городе, так как продукты разрушения серосодержащего ПАВ могут быть более токсичными, чем сам некаль. Очаг загрязнения подземных вод расширяется, то есть, в конце концов, может возникнуть реальная необходимость масштабной очистки питьевой воды от этого вещества.

Удаление органических веществ из воды – особо сложная задача водоподготовки [6]. Общее количество примесей этого типа оценивается двумя брутто-показателями – перманганатной окисляемостью и цветностью. Для питьевой воды значения данных показателей не превышают 5,0 мг О2/л и 20 градусов хром-кобальтовой шкалы соответственно.

199