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-

зование пестицидов.
          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