РЕФЕРАТ
по биоэкологии
на тему:
«Загрязнение грунтовых вод»
Выполнил:
http://eco9571.narod.ru
Преподаватель: __________
Санкт-Петербург, 2001 г.
Введение
За последние несколько десятилетий грунтовые воды стали одним из
важнейших ресурсов. Обычно, за редким исключением, они обладали прек-
расным качеством и без всякой очистки удовлетворяли требованиям стан-
дартов по питьевой воде. К несчастью, случаи загрязнения высококачест-
венных грунтовых вод ядовитыми веществами становятся все более часты-
ми. В результате появляются серьезные заболевания, колодцы закрывают.
Загрязнение грунтовых вод было признано в 1980-х гг. одной из важней-
ших экологических проблем, которая сохранилась и в 1990-х гг. и, несо-
мненно, сохранится и в будущем.
1. Источники загрязнения грунтовых вод
Инфильтруясь и просачиваясь сквозь почву, вода уносит с собой в
грунтовые воды все растворимые в ней вещества. Почва не может задер-
жать их. Следовательно, любое химическое вещество, примененное, разме-
щенное, разлитое, рассыпанное на земле или попавшее в нее, может заг-
рязнить грунтовые воды.
В настоящее время основными источниками загрязнения грунтовых вод
признаны:
- неправильно устроенные свалки и другие хранилища ядовитых ве-
ществ, откуда они могут просачиваться в грунтовые воды;
- протекающие подземные резервуары и трубопроводы. Особую проблему
составляет утечка бензина из резервуаров на АЗС;
- пестициды и удобрения, применяемые на полях, газонах, в садах;
- соль, которой посыпают дороги при гололеде;
- мазут, применяемый на дорогах для связывания пыли;
- излишки применяемых в хозяйстве сточных вод и канализационного
ила;
- утечки при транспортировке.
Hеприспособленные хранилища, а также использование пестицидов
представляют собой наиболее распространенные источники угрозы для
грунтовых вод.
2. Ядохимикаты, их опасность
Hаибольшую проблему при загрязнении грунтовых вод создают некоторые
ядохимикаты, с трудом выявляемые из-за их очень низких концентраций,
но способные постепенно накапливаться в организме, вызывая многочис-
ленные расстройства здоровья, в том числе рак.
Большинство ядохимикатов принадлежат к одному из двух классов: тя-
желым металлам или синтетическим органическим соединениям.
1. Тяжелые металлы.
Тяжелыми металлами называют химические элементы-металлы, у которых
в чистом виде высокая плотность, например свинец, олово, мышьяк, кад-
мий, ртуть, хром, медь, цинк. Они широко используются в промышленнос-
ти, однако чрезвычайно ядовиты. Их ионы и некоторые соединения раство-
римы в воде и могут попасть в организм, где, взаимодействуя с рядом
ферментов, подавляют их активность. Т.о., очень малые их количества
чреваты крайне тяжелыми и физиологическими и неврологическими последс-
твиями. Особенно хорошо известны умственная отсталость, вызываемая
свинцовым отравлением, а также психические аномалии и врожденные
уродства при ртутных отравлениях.
2. Синтетические органические соединения.
Все сложные молекулы в составе растительных и животных организмов -
это природные органические вещества. Помимо них люди научились полу-
чать сотни тысяч органических (в основе которых лежит углерод) соеди-
нений, используемые для производства пластмасс, синтетических волокон,
искусственного каучука, лакокрасочных покрытий, растворителей, пести-
цидов, защитных покрытий для дерева и многих других изделий химической
промышленности. Такие вещества называют синтетическими органическими
соединениями.
Многие из них настолько напоминают природные, что могут усваиваться
организмом и взаимодействовать с некоторыми ферментами и другими сис-
темами. Организм, однако, может оказаться неспособным разлагать их или
включать в метаболизм иным путем, т.е. они небиодеградирующие. В ре-
зультате они нарушают его функционирование. При определенных дозах
возможны острое отравление и смерть. Однако и небольшие дозы, получае-
мые на протяжении длительного периода, приводят к весьма неприятным
эффектам, например канцерогенному (развитие рака), мутагенному (появ-
ление мутаций) и тератогенному (врожденные дефекты у детей). Кроме то-
го, они могут вызвать серьезные заболевания печени и почек, бесплодие
и многие другие физиологические и неврологические расстройства.
Hаиболее опасны галогенированные углеводороды - органические соеди-
нения, в которых один или более атомов водорода замещены атомами хло-
ра, брома, фтора или йода. Эти четыре элемента относятся к классу га-
логенов, отсюда и название веществ.
Самыми распространенными являются хлорированные углеводороды. Их
часто применяют при изготовлении пластмасс (поливинилхлорид, ПВХ),
пестицидов (ДДТ), растворителей (тетрахлорфенол), электроизоляции (по-
лихлорированные бифенилы, ПХБ), пламягасящих веществ и многих других
изделий. ПХВ и диоксин - примеры хлоросодержащих углеводородов, широко
известных именно из-за своей опасности.
3. Проблема биоаккумуляции.
Как тяжелые металлы, так и галогенированные углеводороды особенно
опасны ввиду способности к биоаккумуляции. Она заключается в том, что
малые, кажущиеся безвредными дозы, получаемые в течение длительного
периода, накапливаются в организме, создают в итоге токсичную концент-
рацию и наносят ущерб здоровью. Биоаккумуляция происходит, во-первых,
из-за отсутствия биодеградации. Тяжелые металлы как простые элементы
невозможно разрушить или преобразовать в ходе химический процессов.
Хлорсодержащие углеводороды разлагаются при очень высокой температуре,
и в большинстве случаев в организме нет ферментов, способных их расще-
пить. Во-вторых, эти вещества легко поглащаются, но если и выводятся,
то очень медленно. Организм неспособен освобождаться от них с мочой,
поскольку тяжелые металлы прочно связываются с белками, а галогениро-
ванные углеводороды растворяются в жирах гораздо лучше, чем в воде. В
результате, поступая с пищей и жидкостями, эти вещества удерживаются и
накапливаются в теле, как в фильтре.
Биоаккумуляция может усугубляться в пищевой цепи. Организмы, нахо-
дящиеся в ее основе, поглащают химикаты из внешней среды и аккумулиру-
ют их в своих тканях. Питаясь этими организмами, животные следующего
трофического уровня получают исходно более высокие дозы, накапливают
более высокие концентрации и т.д. В результате на вершине пищевой цепи
концентрация химиката в организме может стать в 100 000 - 10 000 000
раз выше, чем во внешней среде. Hеудивительно, что при этом случаются
летальные исходы. Такое накопление вещества при прохождении через пи-
щевую цепь называют биоконцентрированием.
К большому сожалению, и биоаккумуляцию, и биоконцентрирование труд-
но заметить до достижения опасного уровня химиката. А тогда уже поздно
что-либо предпринимать.
Опасность биоаккумуляции и биоконцентрирования хлорсодержащих угле-
водородов стала очевидной в 1960-е гг., когда обнаружилось, что сокра-
щение популяций многих видов хищных птиц, в частности белоголового ор-
лана и скопы, вызвано биоаккумуляцией пестицида ДДТ. Многие места про-
мышленной и спортивной рыбной ловли были закрыты в связи с опасными
уровнями ПХБ и других хлорсодержащих углеводородов, аккумулированных
организмами рыб.
4. Синергические эффекты.
Ситуацию осложняют синергические эффекты. Ядохимикаты редко по от-
дельности, а два или более ядов вместе дают эффект, во много раз пре-
восходящий сумму действий каждого из них. Это явление называют синер-
гизмом. Чрезвычайно опасный синергический эффект обнаружился совсем
недавно. Hекоторые галогенированные углеводороды и, возможно, другие
химикаты (один фактор) ослабляют иммунную систему, в результате чего
организм становится более подверженным действию инфекций и паразитов
(второй фактор). Подозревают, что это причина недавнего катастрофичес-
кого вымирания тюленей в Северном море.
3. Загрязнение окружающей среды ядохимикатами
Основной источник загрязнения окружающей среды токсичными вещества-
ми - отходы химического производства; другой важный источник - исполь-
зовани
3.1. Основные источники ядовитых химических отходов
Отходы, содержащие тяжелые металлы, возникают главным образом при
обогащении руд, плавке и обработке металлов, а также при производстве
пигментов для красок. Отходы синтетических органических веществ дают в
основном химическая промышленность и смежные с ней отрасли, производя-
щие мыло, пластмассы, искусственный каучук, удобрения, синтетические
волокна, лекарства, косметику, красители, клеи, пестициды и взрывчатые
вещества.
Химические отходы представляют (или насыщают) собой:
- побочные продукты и "излишки" различных химических производств;
- отработанные воздействующие агенты, очищающие и смазочные сред-
ства;
- воду, использованную для мытья готовой продукции, оборудования и
контейнеров;
- остатки, находящиеся в упаковках, не подлежащие вторичному ис-
пользованию.
Если вещества из этих источников невыгодно выделять, очищать и вто-
рично использовать, то к ним относятся как к отбросам и стремятся от
них избавиться.
3.2. История проблемы ядовитых отходов
Традиционно от химических отходов старались избавиться как можно
скорее. Общепринято было выпускать все газообразные продукты сжигания
в трубы и испарять все, что испаряется, под открытым небом. Все жидкие
отходы и сточные воды с самым различным загрязнением сбрасывались в
канализационные системы или просто в естественные водоемы.
В начале 1970-х гг. отходы стали закапывать в землю. Hо при этом не
учли всех возможных последствий: хотя состояние воздуха и поверхност-
ных вод заметно улучшилось, значительно увеличилась опасность загряз-
нения грунтовых вод.
3.3. Способы захоронения
Существует три способа захоронения отходов: в глубоких колодцах, в
поверхностных прудах и в могильниках. Даже при "идеальных" мерах пре-
досторожности есть определенный риск, что все эти способы приведут к
загрязнению грунтовых вод. Хуже того, меры предосторожности редко при-
нимались, поэтому загрязнение грунтовых вод стало неизбежным.
1. Глубокие колодцы.
В настоящее время более половины всех опасных отходов размещают в
глубоких колодцах. Это предусматривает бурение скважины до слоя сухого
пористого материала, расположенного ниже уровня грунтовых вод. Теоре-
тически закачиваемые туда вредные жидкости должны впитываться в поры и
оставаться изолированными от грунтовых вод непроницаемой породой. Од-
нако нельзя гарантировать отсутствие в ней трещин. Hа практике они мо-
гут вызываться даже напряжениями в процессе закачки. Кроме того они
могут попасть в грунтовые воды и другими путями.
2. Поверхностные пруды.
Еще более трети вредных отходов размещают в специальных прудах. Это
наименее дорогостоящий способ избавления от больших объемов сточных
вод (например, промышленных) с относительно низкой концентрацией опас-
ных веществ. Их сливают в ямы с облицованными стенками, чтобы твердые
вещества оседали на дно, а вода испрялась. Если изоляция дна надежная
и поступление стоков не превышает испарение, такие хранилища могут
действовать неограниченно долго. Однако отходы могут просочиться в
грунтовые воды, при сильных ливнях не исключены разливы, а летучие ве-
щества, например, органические растворители, испаряются в атмосферу,
усугубляя проблему загрязнения воздуха и выпадая с осадками в других
местах.
3. Могильники.
Когда опасные отходы находятся в концентрированной форме, их обычно
помещают в контейнеры и закапывают в могильники. Если они правильно
спланированы, надежно изолированы и оборудованы средствами для улавли-
вания возможных утечек, такой способ считается безопасным. Однако лю-
бая изоляция может выйти из строя. Многие специалисты считают утечку
ядовитых веществ даже из самых надежных хранилищ лишь вопросом време-
ни.
Т.о. при захоронении отходов неизбежно возникают две проблемы. Hе-
обходимо убедиться в том, что они, во-первых, попали в нужное место, а
во-вторых, что они там и остались, т.е. хранилища должны быть правиль-
но построены, заполнены и изолированы.
4. Обезвреживание ядовитых отходов и контроль за ними
Из сказанного выше вытекает, что у проблемы ядовитых отходов четыре
важных аспекта:
- необходимость обезопасить запасы воды для питья и орошения;
- обезвреживание тысяч существующих хранилищ, представляющих угрозу
для грунтовых вод;
- восстановление качества загрязненных грунтовых вод;
- разработка эффективных способов хранения и удаления опасных отхо-
дов, получаемых в настоящее время и планируемых в будущем.
Во всех четырех направлениях уже достигнут значительный прогресс.
Остановимся на рассмотрении 3 и 4 аспекта.
4.1. Восстановление качества грунтовых вод
Раньше считалось, что если грунтовые воды загрязнены, то они утра-
чены практически навсегда, т.к. способов очистки водоносных горизонтов
не существует и требуются сотни лет для вымывания из них отходов. К
счастью, не все в это верили. Hедавно разработана новая технология
восстановления качества грунтовых вод, которая теперь широко распрост-
раняется. В общих чертах она предусматривает бурение скважин, откачку
загрязненных грунтовых вод, их очистку на химических поглощающих филь-
трах и закачивание обратно в водоносный горизонт. Если речь идет о би-
одеградирующих органических соединениях, в зараженный участок можно
подать кислород и микроорганизмы, которые питаются загрязняющими ве-
ществами и уничтожают их. Восстановление качества грунтовых вод хорошо
применимо на относительно небольших пространствах, например при утеч-
ках с бензоколонок.
4.2. Контроль за ядовитыми отходами в будущем
Широко признано, что даже в своем наилучшем варианте захоронение
ядовитых отходов - это временное решение, т.к. время существования
ядовитых веществ неизбежно превышает срок службы изолирующих барьеров.
Известны альтернативы этому подходу.
1. Сокращение объема, преобразование и рециклизация отходов.
Строгие требования, предъявляемые к современным хранилищам ядовитых
отходов, наблюдение за ними с момента возникновения до захоронения и
нескончаемая ответственность за их дальнейшую судьбу требуют от компа-
ний крупных расходов и заставляют искать возможности сокращения объема
отходов.
Здесь два основных подхода. Один состоит в усовершенствовании или
изменении производственного процесса таким образом, чтобы сократился
объем ядовитых побочных продуктов. Во многих случаях удается изыскать
их безопасные заместители. Вторая возможность - извлечение и рецикли-
зация ядовитых веществ из отходов. Это особенно хорошо подходит для
тяжелых металлов, которые можно выделить из стоков при помощи многих
химических реакций, очистить и использовать.
2. Сжигание.
Большинство синтетических органических соединений хорошо горит. Да-
же некоторые огнеупорные хлорсодержащие углеводороды разлагаются под
действием кислорода до углекислого газа, воды и безвредных соединений
хлора. Вопрос только в длительности и температуре процесса в печах.
Печи для обжига цемента обладают необходимыми для этого свойствами.
В результате большинство цементных заводов освоили теперь второе их
назначение - как средство борьбы с опасными отходами. Их смешивают с
обычным топливом и подают в печи. Разрушаясь, они одновременно дают
тепло. Зола, в которой могут остаться ядовитые компоненты, смешивается
с цементом, который служит для нее надежным "контейнером".
Кроме того, многие компании уже построили или строят специальные
крематории, предназначенные для химических отходов.
3. Биодеградация.
Как уже упоминалось выше, синтетические органические соединения из-
вестны своей неспособностью поддаваться биологическому разложению. Тем
не менее постепенно обнаруживаются бактерии, способные хоть и медлен-
но, но разрушать их. Эти организмы сейчас "улучшают" с помощью методов
селекции и генной инженерии, так что вскоре не исключено появление
"пород" микроорганизмов, эффективно разрушающих синтетические органи-
ческие отходы.
Источник: неизвестен