3.6. Типы загрязнения подземных вод.

Рассмотренными загрязняющими веществами обусловлены следующие типы загрязнения подземных вод: химическое или неорганическое, органическое, бактериальное или микробное, радиоактивное загрязнения.

Химическое загрязнение.

В сущности, основным загрязнением подземных вод является химическое. Оно ведет к изменению общего химического и газового состава подземных вод и их окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных характеристик. Все загрязнения сопровождаются привносом в подземные воды тех или иных концентраций новых химических элементов

проявляется в увеличении (против фоновой) общей минерализации подземных вод, росте концентраций (против фоновых) отдельных макро- и микрокомпонентов, появлении в подземных водах несвойственных им минеральных и органических соединений [8]. Химическое загрязнение подземных вод, которому может сопутствовать интенсивная окраска, запах и повышенная температура, сохраняется в течение длительного времени и может захватывать обширные территории. Наиболее часто встречающимися видами химического загрязнения подземных вод является нефтяное, нитратное и хлоридное. Химическое загрязнение вызывается практически всеми видами перечисленных загрязняющих веществ, но в первую очередь - промышленными отходами.

Стоит выделить среди химического загрязнения органическое загрязнение. Среди органических компонентов производственных сточных вод выделяют: гуминовые вещества, фенолы, смолообразующие компоненты, углеводороды, пиридиновые основания, жирные кислоты, спирты (метанол), нафтеновые кислоты, терпены, лигнин, углевод, полисахариды. Наибольшее количество органических загрязнителей сбрасывают следующие отрасли промышленности: лесохимическая (метиловый спирт, уксусная кислота, скипидар, кетоны, эфиры, масла, формалин, фенолы), химическая (бензол, анилин, нитросоединения, эфиры, спирты, крезол, фенолы, органические пестициды, жиры, масла, оксикислоты), нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая (нефть и нефтепродукты в коллоидном и растворенном состоянии в количестве 1,5- 10 г/л), термическая переработка топлива (фенолы до 12 г/л), кожевенная (фенолы до 15 г/л) [12].

В настоящее время плохо изучено влияние следов органических соединений в питьевой воде на организм человека, но, тем не менее, выполненные санитарные исследования свидетельствуют об опасности потребления воды, загрязненной органическими химикалиями. Так обнаружена канцерогенная активность у ряда хлорированных соединений, в том числе хлор - органических пестицидов, таких, как альдрин, ДДТ, дальдрин, гексахлоран и др., а также полихлорированных бифенилов (ПХБ).

Органические загрязнения достаточно широко распространены в подземных водах хозяйственно- питьевого назначения.

Среди большого числа органических загрязнителей наибольшее (универсальное и глобальное) значение в настоящее время имеет нефть и нефтепродукты, фенолы и синтетические поверхностно активные вещества (СПАВ).

Н е ф т ь и н е ф т е п р о д у к т ы . Мировая добыча нефти достигает 3 млрд. т., при этом около 2% от нее теряется при транспортировке , авариях, из- за неполного сгорания топлива. В нефти установлено более 450 индивидуальных соединений. Основными компонентами, составляющими 90- 95 % нефти, являются углеводороды. Наиболее важные очаги загрязнения ими подземных вод отмечаются в нефтедобывающих районах, на территории нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, топливохранилищ, автозаправочных станций, вдоль трасс магистральных нефтепроводов, железных и автомобильных дорог.[12]

Основными миграционными формами органических загрязнителей в природных водах являются загрязнения в виде масляной фазы, а также растворенная, эмульгированная и адсорбированная на диспергированная частичках нефть и нефтепродукты. Наиболее опасной для природных подземных вод является растворенная форма, ввиду возможности миграции на большие расстояния.

Ф е н о л ы . В подземные воды фенолы могут попадать со сточными водами. Основную угрозу качеству питьевых вод представляют фенолы индустриального происхождения. Фенолы принято делить на две группы: летучие с паром (фенол, крезолы, ксиленолы) и нелетучие (пирокатехин, резорцин и др.). Наибольшую опасность для качества воды представляют летучие фенолы, которые широко распространены и образуют при обработке воды хлорированием хлорфенолы с более интенсивным запахом.

С и н т е т и ч е с к и п о в е р х н о с т н о а к т и в н ы е в е щ е с т в а (СПАВ). Большая часть применяемых СПАВ, относится к анионактивной группе. Основными источниками загрязнения являются бытовые стоки и стоки промышленных предприятий синтетического каучука, химических волокон, пластмасс, металлообрабатывающей промышленности. СПАВ, могут попадать в воды также с сельскохозяйственными стоками, так как находят широкое применение в сельском хозяйстве в качестве эмульгаторов пестицидов. Благодаря поверхностной активности (способность к пенообразованию, смачиванию, эмульгированию, солюбилизации, адсорбции на поверхности), СПАВ не только сами хорошо мигрируют, но и способствуют миграции других, обычно плохо растворимых загрязнителе, таких, как нефтепродукты, пестициды, канцерогенные вещества и др. Опасность загрязнения вод СПАВ связана также с с их биологической устойчивостью. Кроме того, СПАВ, придают запах и привкус воде [12].

Биологическое загрязнение.

Вызывается поступающими в подземные воды разнообразными микроорганизмами – вирусами, бактериями, водорослями, грибами, простейшими, актиномицетами. Наиболее опасные последствия вызывают болезнетворные бактерии и вирусы, поступающие в подземные воды на участках интенсивной и длительной фильтрации фекальных и хозяйственно- бытовых вод из дефектной канализационной сети, выгребных ям, скотных дворов, полей фильтрации, прудов для биологической очистки сточных вод и др. [13].

К болезнетворным микроорганизмам относятся вирус холеры, сальмонелла, шигелла, энтерококки, разнообразные вирусы (их около 700), вызывающие инфекционный гепатит, полиомиелит и другие болезни. Безопасность воды в эпидемиологическом отношении устанавливаются обычно по косвенным показателям - количеству бактерий группы кишечной палочки в 1 литре воды и общему количеству их в 1 мл воды. При подозрении бактериального заражении воды определяют, кроме того, содержание болезнетворных бактерий, кишечных вирусов, яиц гельминтов. Вместе с тем имеются данные, указывающие на недостаточность стандартных методов оценки бактериальной загрязненности подземных вод.

В прибрежные (инфильтрационные) водозаборы, расположенные на близких расстояниях от реки и в, особенности, отбирающие воду из трещиноватых или крупнозернистых пород, биологические загрязнения могут поступать из речных вод, привлекаемых водозабором. Крупные микроорганизмы, входящие в состав планктона рек и озер, обычно не проникают в подземные воды. Известны, однако, случаи, когда в подземных водах и водозаборах, расположенных на берегах мелководных водохранилищ появлялись сине-зеленые водоросли и железобактерии [5].

Большое количество органических веществ в водоносном горизонте, например из силосных ям, свалок, на которых складируются отходы пищевой промышленности, и т.п., вызывают интенсивный рост микроорганизмов. Значительная микробная активность может обусловить вторичное загрязнение подземных вод, выражающееся в уменьшении количества растворенного кислорода в воде; биохимическом превращении нитратов в аммоний, сульфатов - в сульфиды с осаждением сульфидов железа; выносе железа и марганца из почв и пород в создавшихся анаэробных условиях и отложении этих веществ в другой части водоносного пласта вследствие деятельности железобактерий и т.п.

Болезнетворные организмы, заражающие воды, используемые для хозяйственно- питьевого водоснабжения, могут вызвать вспышки эпидемий и пандемий холеры, чумы и других болезней, которые имели место в истории человечества [5].

Радиоактивное загрязнение.

Радиоактивное загрязнение связанно с повышением содержания в подземных водах радиоактивных веществ (урана, радия, стронция, цезия, трития и некоторых других элементов). С момента первых испытаний атомного оружия и практически до настоящего времени многие ученные бывшего СССР и других стран считают, что подземные воды не могут быть загрязнены искусственными радионуклидами, выпадающими на поверхность земли как в результате штатной, так и аварийной деятельности объектов атомной промышленности и энергетики. Поэтому подземные воды, как правило, не были объектами радиационного мониторинга. Подземные воды считаются загрязненными, если концентрации в них радионуклида достигает временного допустимого уровня [3]

Влияние радионуклидов, концентрации которых превышают фоновые или допустимые значения, на человека и окружающую среду мало изучено. При изучении влияния радиоактивного загрязнения на гидросферу нами принята концепция о беспороговой концентрации. В таком случае подземные воды относятся к загрязненным, если концентрация в них радионуклидов превышает их фоновые значения (сформированные после первых испытаний ядерного оружия), а степень их загрязнения определяется по соотношению фоновых и наблюдаемых концентраций. [6]

Авария на Чернобыльской АЭС показала, что подземные воды чувствительны к радиоактивному загрязнению. В Белоруссии и на Украине на загрязненных территориях радионуклиды обнаружены не только в грунтовых, но и в водонапорных глубокозалегающих подземных водах. В 70- километровой зоне в результате водной миграции постепенно загрязняются подземные воды. Радионуклиды в поверхностных и подземных водах образуют концентрации, в 3-4 раза превышающие средний уровень фоновых.

Источниками загрязнения могут быть: поверхностная вода (реки, водохранилища, пруды – охладители, подвергавшиеся воздействию радиоактивных выбросов), почвы и породы зоны аэрации, через которые радионуклиды по «быстрым» и «медленным» путям мигрируют в грунтовые воды; технические сооружения (скважины, колодцы, шурфы, шахты, могильники), вскрывающие подземные воды. Наиболее чувствительны к радиоактивному загрязнению подземные воды на территориях с неглубоким их залеганием (в поймах и первых надпойменных террасах рек, мелиоративных системах, на площадях с техногенным подтоплением). Следовательно, изучение и прогнозирование изменение степени защищенности подземных вод от радиоактивного загрязнения – важный вопрос при обеспечении безопасности населения в районах расположения АЭС и районах, подвергшихся радиоактивному загрязнению [3].

На возможность загрязнения подземных вод радионуклидами влияют многие факторы: сорбционные свойства, обеспечивающие задержание радионуклидов почвами и породами зоны аэрации, ограничение интенсивности продвижения (вплоть до полного задержания) с инфильтрационным потоком до грунтовых вод; миграционные свойства почв и пород зоны аэрации, зависящие от физико-механических, водно- физических, фильтрационных свойств, их минералогического состава и характеризующие интенсивность продвижения фронта загрязненных инфильтрующихся вод в глубь зоны аэрации до грунтовых вод; путь фильтрации (инфильтрации), т.е. мощность зоны аэрации или глубина залегания грунтовых вод; период полураспада радионуклидов; форма миграции радионуклидов (ионная, комплексная и др.); интенсивность процесса разбавления загрязненного инфильтрационного потока грунтовыми водами; наличие «быстрых» путей миграции (трещины, крупные поры, корнеходы, кротовины и другие естественные нарушения, содержащиеся в почвах и породах зоны аэрации, а также колодцы, скважины и другие инженерные сооружения, вскрывающие подземные воды и в случае пристенной фильтрации являющиеся источниками загрязнения)

Параметры переноса радионуклидов зависят от разных факторов. Поглощение долгоживущих радионуклидов (например, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr) песчано- глинистыми грунтами увеличивается с уменьшением крупности минеральных частиц и ростом содержания пылеватого и глинистого материала. Вертикальная миграция радионуклидов возрастает в более легких по механическому составу почвах, а также в почвах, содержащих меньшее количество органического вещества.

На миграцию радионуклидов, находящихся в растворенном состоянии и на коллоидных частицах, помимо состава почвы и метеорологических условий существенно влияют физико-химические свойства радиоактивных изотопов (⁹⁰Sr в отличие от ¹³⁷Cs, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce мигрируют главным образом в виде обменных форм с инфильтрационным потоком). Обменные формы мигрируют быстрее необменных, поэтому с ростом глубины в вертикальной миграции радионуклидов должен увеличиваться перенос обменных форм и проявляться в большей степени влияние индивидуальных специфических химических свойств радионуклидов. Миграция ¹³⁷Cs и других, подобных ему, радионуклидов, преобладающих в верхнем слое почвы, может происходить и за счет засыпания (лессиважа) частиц в трещины и биоперемешивания.

Существенная роль растительного покрова в вертикальной миграции радионуклидов. При густом растительном покрове сорбируется ~80% выпавших радионуклидов, при редком – 40% . В лесу основного количество выпавших радионуклидов задерживается подстилкой, под которую проникает около 10% радионуклидов.

К общим закономерностям поведения радионуклидов относится их повышенное содержание в повышенных элементах рельефа у подножия склонов, на дне балок, притеррасных поймах рек, на водораздельных болотах, являющихся местным геохимическим барьером на пути выноса химических элементов. Минимальное содержание радионуклидов отмечается на склонах и сильно обводненных почвах, а также на хорошо дренируемых и аэрируемых песчаных почвах водоразделов. Отмечена двойная роль органического вещества, гумусовых кислот в миграции радионуклидов. С одной стороны, они способствуют увеличению поглощения и прочности связи радионуклидов с почвами, с другой - переходу радионуклидов в подвижное состояние. [3].

Тепловое загрязнение.

Тепловое (термальное) загрязнение подземных вод проявляется в изменении их температуры под влиянием техногенных факторов, например при сбросе, в пруды- охладители или скважины нагретых вод систем кондиционирования от тепловых электростанций и других объектов, газификации угля. Термальное загрязнение подземных вод возможно также на участках береговых водозаборов, привлекающих речные воды, нагретые из-за сброса горячих сточных вод. [5]

3.Охрана, методы и мероприятия.

Качество воды – характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования и водопотребления. В данной формулировке качество воды - это сугубо потребительская категория, и контролируется оно совокупностью химического и бактериологического состава и органолептическими показателями.

Для подземных вод определения качества должно иметь более глубокий и содержательный смысл, т. е. характеризовать в историческом и современном временных масштабах процессы изменения химического состава подземных вод под влиянием природных и антропогенных факторов. В связи с тем, что подземные воды как компонент окружающей среды находятся в постоянном контакте с другими ее компонентами (атмосферой, литосферой, биосферой и техносферой), то качество их находится в прямой зависимости от сложных физико- химических процессов, возникающих в результате этих контактов[1]. Поэтому оценка качества подземных вод требует привлечения различных методов изучения, результаты которых должны позволить осуществить его в комплексе под влиянием всех факторов, обуславливающих трансформации качества подземных вод в условиях природного и антропогенного загрязнения.

Среди различного вида антропогенных воздействий на водные объекты загрязнение вод отходами промышленности, городов, сельскохозяйственного производства приобрело доминирующий характер, обострив экологическую ситуацию на всех уровнях. Увеличивающийся дефицит чистой воды, обусловленный в основном ухудшением качества воды вследствие загрязнения, в определенной становится сдерживающим фактором развития экономики, а также сокращает возможности удовлетворения водой потребностей общества [6].

Охрану подземных вод следует рассматривать как комплекс мероприятий, имеющих целью предотвращение загрязнения, ликвидацию его последствий, сохранение и улучшение качества подземных вод для их эффективного использования в народном хозяйстве. Поскольку загрязнение подземных вод в основном связано с загрязнением поверхностных вод, атмосферы, атмосферных осадков и почв, т.е. окружающей среды в целом, задачи охраны подземных вод от загрязнения должны решаться одновременно с проблемой охраны окружающей среды.

Водные объекты являются природным ресурсом, имеющим первостепенное значение для развития экономики страны и удовлетворения разнообразных потребностей человеческого общества. По сравнению с поверхностными, подземные воды в целом, несомненно, лучше защищены от загрязнения более или менее мощной толщей пород. Грунтовые воды, не имеющие водоупорной кровли, защищены в меньшей мере, чем глубокие подземные воды, и обычно воспринимают основную часть загрязнений с поверхности. Их грунтовых вод загрязнения могут проникать и в более глубокие напорные и безнапорные водоносные горизонты. Известно, что борьба с загрязнениями, уже попавшими в водоносный пласт,- очень сложная задача, требующая дорогостоящих, часто труднореализуемых мероприятий. При большом накоплении в пласте загрязняющих веществ и малой их десорбируемости, а также при низких фильтрационных свойствах пород время, необходимое для полного извлечения загрязнений из пород и подземных вод, может измеряться десятками и даже сотнями лет. Поэтому главенствующим приоритетом должна стать мысль о недопустимости загрязнения водных источников, а не идея очистки загрязненных вод.[14] Охрана водных ресурсов от загрязнения, засорения и истощения представляет собой очень сложную комплексную проблему. Задача состоит в том, чтобы добиться такого состояния водных объектов, при котором не наносится вред здоровью людей и обеспечиваются нормальное функционирование и устойчивость природных экосистем. Проблема охраны природных вод включает различные аспекты [10].