Оксиды серы и азота поступают в воздух при сжигании ископаемых видов топлива, первое место среди которых занимает каменный уголь (до 90 %), на втором месте – нефть, значительно уступает им газ. Оксиды азота образуются в основном при сжигании топлива автомобильным транспортом.
При сжигании угля и нефти образуются диоксид и триоксид серы.
Образовавшийся триоксид реагирует с водяным паром, образуя серную кислоту.
Серная кислота присутствует в воздухе в виде легкого тумана, состоящего из крошечных капель.
Сгорая, топливо образует также оксиды кальция и железа, которые вступают в реакцию с серной кислотой.
Количество содержащихся в городском воздухе твердых частиц сульфатов кальция и железа и капелек серной кислоты может достигать 20 %. Ветер разносит эти загрязнения на сотни километров от места их выброса: возникают туманы и смоги.
Оксиды азота окисляются в воздухе и тоже растворяются в капельках воды, образуя азотную кислоту.
Эти две кислоты (Н2SO4 и НNО3), а также их соли и обусловливают выпадение кислотных дождей. На растения, почву и воду выпадают также сухие частицы в виде солей.
Естественная дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН=6), так как находится в контакте с СО2 (естественный компонент атмосферы) и растворяет ее, образуя слабую угольную кислоту:
СО2 + Н2О = Н2СО3
Спектр влияния кислотных дождей очень широк. Прежде всего, они сказываются на популяциях рыб в озерах, особенно высокогорных, где вода стала кислой. По данным 1975 г., в США 51 % озер имели рН воды меньше 5, в 90 % этих озер рыба полностью отсутствовала. Правда, трудно предположить, что такая вода может сильно влиять на взрослых рыб. Скорее всего, низкий рН препятствует размножению рыб, убивая икру.
Кислотные дожди разрушают строительные материалы (растворы, гипс, камень и др.), реагируя с кальцием и магнием, входящими в их состав; усиливают коррозию строительных конструкций из железа и других металлов. Шведские специалисты обнаружили высокую корреляцию между кислотными дождями и коррозией ста ли. Бесценные мраморные статуи, исторические здания и витражи во всем мире подвергаются пагубному воздействию кислотных осадков.
В заключение следует подчеркнуть, что все страны на международном уровне должны, наконец, договориться о снижении выбросов диоксида углерода СО2 и других парниковых газов; сокращении выбросов оксидов серы и оксидов азота; запрещении использования хлорфторуглеводородов.
Загрязнение воды.
Несмотря на то, что вода является возобновляемым ресурсом, она может быть загрязнена до такой степени, что становится непригодной для многих видов водопользования и вредной для живых организмов. Кроме того, антропогенная деятельность приводит к деградации и разрушению водных экосистем.
Загрязнение воды связано с использованием наземных экосистем и загрязнением атмосферы. Это экологическая проблема не только локального, регионального, но и глобального уровня. Речные и океанические течения переносят загрязнения далеко от мест их сброса, часто пересекая государственные границы.
Загрязнение пресноводных экосистем происходит из точечных и неточечных источников. Точечные источники сбрасывают загрязнения по трубам, канавам и канализационным системам со сточными водами. Примерами служат промышленные предприятия, очистные станции, угольные шахты, нефтяные скважины. Неточечные источники – это поверхностный сток и грунтовые воды, собирающие загрязняющие вещества с обширных водосборных бассейнов: пашен, откормочных хозяйств, районов лесозаготовок, строительных площадок, автостоянок, дорог и городов. Другим неточечным источником является воздушный бассейн, откуда загрязняющие вещества попадают в реки, озера, водохранилища, в основном с осадками: кислотными и радиоактивными дождями и др.
В реках, особенно с быстрым течением, концентрация относительно небольшого количества загрязнений может снижаться, а запасы растворенного в воде кислорода восстанавливаться благодаря способности водоемов к самоочищению. Самоочищение – комплекс естественных механических, физико-химических и биохимических процессов, приводящих к восстановлению первоначальных свойств воды: разбавление, смещение, осаждение, коагуляция, биохимическое окисление и др. Это происходит в случае, если нагрузка загрязняющих веществ не превышает экологическую аккумулирующую емкость (экологический резерв) водотока. Однако некоторые вещества очень плохо или вообще поддаются биохимическим процессам разложения и концентрируются в живых организмах, поступая по пищевым цепям: радиоизотопы, соединения ртути и др.
В озерах и водохранилищах процессы самоочищения протекают менее эффективно, чем в реках, так как в них часто наблюдается вертикальная термическая стратификация, мешающая перемешиванию верхних и нижних слоев воды. Кроме того, озера и водохранилища накапливают большие объемы донных отложений, содержащих биогенные и токсичные вещества. Очистка и замена воды в них занимает от года до ста лет. Таким образом, озера представляют собой природные западни, подверженные большой опасности загрязнения. В России загрязнение грозит даже уникальному озеру Байкал – крупнейшему и самому глубокому в мире водоему с пресной водой.
Загрязнение океана нефтью – другая серьезная экологическая проблема глобального масштаба. Чаще всего обращают на себя внимание аварии танкеров и выбросы нефти под большим давлением из буровых скважин на дне океана. Однако более половины (по некоторым оценкам, до 90 %) нефти попадает океан с суши в результате стока нефтяных отходов городов промышленных предприятий. Воздействие нефти на морские экосистемы зависит от многих факторов: типа нефти (сырая или очищенная), размеров загрязнения и удаленности от берега, времени года, погодных условий, температуры воды, приливоотливных течений и т. д. Нефть – это смесь сотен веществ различными свойствами.
Удаление питательных веществ, накопленных в отложениях, эффективно только при ликвидации всех отложений в случае содержания в них больших запасов фосфора.
Для устранения цветения и зарастания применяют обработку водоемов сульфатом меди, выкашивание прибрежной растительности и ее механическое удаление. Эти мероприятия могут привести к уменьшению запасов биогенных веществ в водоеме, только если отмершие водоросли и укосы высшей водной растительности будут извлечены и увезены за пределы водосбора.
Заслуживают внимания воздействия на процессы обмена веществами между донными отложениями и водой. Известно, что обмен между грунтом и водой регулируется окислительно-восстановительными условиями по обе стороны зоны контакта. Для ликвидации бескислородной области, обогащенной продуктами анаэробного распада и биогенными веществами, успешно может применяться принудительная аэрация.
Биологические способы борьбы с цветением водоемов находятся в стадии разработки. Наиболее перспективной мерой борьбы с интенсивным развитием фитопланктона и прибрежной растительности является разведение в водоемах растительноядных рыб. В России проведены опыты по акклиматизации белого амура и толстолобика в пресноводных водоемах. Для аккумуляции биогенов можно использовать и прибрежные заросли макрофитов с последующим их удалением.
Таким образом, используя те или иные способы воздействия на водоемы, можно снизить первичную продукцию до оптимального уровня и при необходимости ускорить деструкционные процессы. Если прекращается чрезмерный сброс в водоемы питательных биогенных веществ, они обычно возвращаются в первоначальное состояние.
8.4.Сопоставление предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и фактических концентраций этих компонентов.
Объемы предельно допустимых выбросов (ПДВ) и сбросов (ПДС) вредных веществ и микроорганизмов, загрязняющих воздух, воды, почвы, и других предельно допустимых нагрузок (ПДН) рассчитывают с учетом производственных мощностей объекта и данных о вредных последствиях по каждому источнику загрязнения. Цель расчетов – обеспечение наиболее благоприятных условий жизни населения, предотвращение разрушения и необратимых изменений естественных экологических систем (ст. 33 Закона ООПС). Ясно, что без создания экологических нормативов эта статья останется лишь декларацией. Согласно действующим правилам основной принцип, заложенный в расчеты ПДВ, ПДС и ПДН, - это обеспечение таких объемов поступления загрязнений в окружающую среду, при которых не нарушаются требования природопользователей (ПДК). Следовательно, в основе всех расчетов лежат действующие ПДК.
Расчеты ПДС в водоемы. Согласно действующим Правилам санитарногигиенические требования к Качеству воды относятся только к местам или Створам Водопользования, а не ко всей акватории водного объекта. В водотоках контрольный створ, в котором состав и свойства воды должны соответствовать нормативным, расположен на расстоянии 1 км выше ближайшего по течению пункта Водопользования.
Для водоемов рыбохозяйственного назначения контрольный створ устанавливается на расстоянии 0,5 км от выпуска сточных вод. В непроточных водоемах контрольная зона должна соответствовать нормативам в радиусе 1 км от пункта водопользования.
Требования к составу и свойствам воды в контрольных створах и зонах зависят от вида водопользования. Основной принцип определения условий сброса сточных вод в водоемы заключается в том, что на первом этапе проектирования, т. е. при выборе площадки для нового объекта или реконструкции существующего, должны быть представлены материалы, характеризующие:
1) объект, его производительность; количество, состав, свойства и степень изученности сточных вод; место предполагаемого выпуска; наличие методов очистки, обезвреживания утилизации, возможности оборотного и повторного использования сточных вод; наличие ПДК загрязняющих веществ;