ГЛАВА 3. Загрязнение континентальных и океанических вод

Гидросфера - водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность океанов, морей, рек, подземных вод и т.д. В объемном выражении общие ресурсы воды на поверхности Земли составляют 1 386 млн. км3. Общая площадь водных объектов в 2.5 раза больше, чем территория суши. Пресные воды составляют всего 35 млн. км3,  т.е. 2.5% от общего объема воды на планете. 24 млн. км3 пресной воды находится в «законсервированном виде», т.е. в объеме ледников и снежного покрова Арктики, Антарктиды и Гренландии (это своего рода глобальный резерв пресной воды). Более 50 млн. км3 пресных вод относятся к подземным запасам. Лишь 95 тыс. км3 воды, т.е. 0.26% от суммарных ресурсов пресных вод, или 0.007% от общих запасов воды на Земле, сосредоточено в реках и озерах. Любопытно, что в живом веществе планеты воды содержится примерно в 5 раз больше, чем во всех реках земного шара.
Мировое потребление воды населением, промышленностью и сельским хозяйством достигло 3 тыс. км3 в год, причем основным потребителем является сельское хозяйство. За последние 25 лет объем водопотребления утроился, а до конца века ожидается по крайней мере удвоение достигнутого к 1985 г. уровня.
Вода - единственная природная жидкость, имеющаяся на поверхности Земли в огромном количестве. Она находится не только в гидросфере, но и в атмосфере и литосфере. Это единственное вещество на Земле, существующее в природе во всех трех агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном.
Более половины мировых стихийных бедствий связано с катастрофическим избытком или недостатком воды: 40% всех стихийных бедствий приходится на наводнения и 15% - на засухи. С водой в жидкой либо твердой фазе так или иначе связаны и такие стихийные бедствия, как селевые потоки, лавины, оползни, проседания верхнего слоя земной коры в районах карста, гололеды и пр. Наконец, в результате человеческой деятельности возник обширный класс явлений, сопоставимых по своим последствиям со стихийными бедствиями и связанных с эксплуатацией водных, земельных, лесных и горных ресурсов, с прокладкой транспортных и энергетических коммуникаций, с осушением и обводнением площадей, с технологическим и бытовым водопотреблением.
Загрязнение рек, озер, морей и даже океанов в настоящее время происходит с нарастающей скоростью, т.к. в водоемы поступает огромное количество взвешенных и растворенных веществ, продуктов промышленной деятельности человека.
Контроль и управление качеством воды рассматривается в качестве санитарной охраны водоемов вследствие исключительной значимости воды как элемента окружающей среды. С экологической позиции значение воды двояко: 1) она является главной «образующей» средой для водных биоценозов; 2) играет решающую роль в жизни наземных биогеоценозов. В отличие от атмосферы вода как природное тело более локализована в пространстве, что существенно сказывается на результативности ее загрязнения с точки зрения влияния на здоровье человека.
Особенности загрязнения вод проявляются в следующем:

Количество кислорода является лимитирующим фактором в водной среде. Относительно низкое содержание кислорода в водной среде чревато опасными последствиями для фауны морских и пресных вод:
- животные для удовлетворения метаболических потребностей нуждаются в интенсивной циркуляции кислорода, которая обеспечивает жабрам контакт с огромным объемом воды, необходимым для извлечения достаточного количества кислорода. Это сильно увеличивает риск поглощения опасных доз токсичных веществ;
- сброс нагретых сточных вод приводит к увеличению температуры водного объекта и, как следствие, к уменьшению содержания кислорода, к его недостатку для животных.
5) большинство животных приспособлено к отсутствию значительных колебаний температуры в водной среде. Колебания температуры, выходящие за пределы естественных, могут вызвать катастрофические потрясения в водных экосистемах.
Совершенно очевидно, что проблема загрязнения вод и ее различные аспекты - это наиболее тревожные вопросы ухудшения естественной среды под воздействием современной цивилизации. Водный кризис уже разразился, он затронул как промышленно развитые страны и окраинные моря, так и развивающиеся страны с засушливым климатом, где сельскохозяйственное производство ограничено отсутствием влаги.

к началу страницы

3.1.  Источники загрязнения гидросферы

Все перечисленные выше сточные воды, а именно содержащиеся в них вредные компоненты, в конечном счете оказываются в Мировом океане, влияя как на наземные экосистемы, так и на морские. В этой связи хотелось бы подчеркнуть следующее:

3.2. Химическое загрязнение вод

Минеральное и органическое загрязнение вод происходит в результате сброса различных химических соединений, используемых в сельском хозяйстве, а также отходов различных предприятий.

к началу страницы

Ртуть

Загрязнение гидросферы ртутью заслуживает специального рассмотрения в связи с расширением применения этого металла и высокой токсичностью некоторых его производных.
Мировое производство ртути в настоящее время превысило 10 000 т/год. Кроме того, еще 3 000 т ртути ежегодно выбрасывается в атмосферу при сжигании топлива. Ежегодно реки приносят в океан ~5 000 т ртути. Кроме этого еще 5 000 т/год выбрасывается в континентальные или морские воды промышленностью и сельским хозяйством (химические удобрения, пестициды).
Хотя присутствие ртути в гидросфере является основной проблемой, она присутствует и в атмосфере, так как имеет относительно высокое давление паров. Природное содержание ртути составляет примерно 0.003-0.009 мкг/м3, исключая районы добычи сульфидных руд; здесь содержание ртути увеличивается на несколько порядков.
Чтобы лучше понять механизм загрязнения этим элементом, нужно знать закономерности круговорота ртути в естественной среде.
Биогеохимический круговорот ртути имеет в основном осадочный характер, хотя он и осуществляется между всеми компонентами биосферы. В биосфере существуют два источника этого металла: вулканизм и водная эрозия, в процессе которой при выщелачивании изверженных пород часть ртути выносится реками в океан. Важный вклад в круговорот ртути вносят бентосные бактерии. Они переводят минеральную ртуть сначала в монометил (или метил) ртути, потом в диметил (CH3)2Hg, который, благодаря своей летучести, попадает в атмосферу. Метилртуть CH3Hg+ остается в гидросфере, где входит в пищевые цепи. Сначала она поглощается фитопланктоном, потом различными консументами экосистемы. Когда растения или животные погибают, метилртуть снова попадает в осадки, и цикл возобновляется.
В нормальных условиях ртуть присутствует в незагрязненной атмосфере в крайне малых количествах: ~0.002 млрд-1. В континентальных и океанических водах концентрация ртути ~1 млрд-1.
Вследствие того, что некоторые производные ртути биодеградируют (разрушаются живыми организмами) очень слабо, ртуть имеет тенденцию накапливаться в организмах живых существ. Водоросли способны аккумулировать ее в своих клетках в концентрациях, которые в сотни раз превышают содержание ртути в морской воде, а в тканях морских рыб, например, тунца, может содержаться до 120 млрд-1 ртути. Среди морских животных тунец, оказывается, больше всех других видов в естественных условиях имеет тенденцию накапливать Hg в своих тканях.
Сброс сточных вод, содержащих ртуть, неизбежно приводит к увеличению содержания ртути в воде, которая превращается в метилртуть. Метилртуть очень слабо биодеградирует и накапливается в трофических уровнях, вызывая заболевания, эпидемии и смерть. Если содержание ртути в воде не превышает 0.1 млрд-1, то в некоторых тканях рыб концентрация достигает 50 млн-1, т.е. показатель аккумуляции метилртути в цепи морская вода ® рыба достигает 500 000.
Кроме того, загрязнению ртутью подвергаются не только морские животные (рыбы), но и птицы, и люди, которые питаются этими животными и переносят загрязнение уже на сушу.
До применения метода непламенной атомной абсорбции было мало сведений о влиянии ртути на окружающую среду, т.к. ее содержание было ниже пределов обнаружения существующих в то время аналитических методов анализа. Хотя во многих странах было известно, что ртуть оказывает токсическое воздействие на животных и человека, только в 50-х годах была отмечена огромная токсичность ртути для человека. В 1952-53 гг. люди, живущие в рыбацких деревушках вдоль залива Минамата в Японии, умирали от таинственной болезни и лишь некоторое время спустя она была идентифицирована, как результат отравления ртутью. Последующие исследования показали, что жертвы употребляли в пищу моллюски, содержащие ртуть. Последняя попадала в залив со сточными водами фабрики, расположенной на берегу залива. Впоследствии эта болезнь стала известна под названием болезнь «Минамата».
Метилртуть особенно опасна для животных, поскольку она быстро переходит из крови в мозговую ткань, разрушая мозжечок и кору головного мозга. Клинические симптомы такого поражения - оцепенение, потеря ориентировки в пространстве, частичная потеря зрения (поэтому у рыб, содержащих большое количество метилртути, нарушена координация движения при плавании, и они отстают от косяка. Таким образом, они становятся легкой добычей для морских хищников и человека). Следует учесть, что симптомы ртутного отравления проявляются не сразу. Так как головной мозг содержит избыток клеток, выполняющих какую-либо определенную функцию, то клинические симптомы обычно не проявляются до тех пор, пока эта избыточность не исчезнет. Другим неприятным последствием отравления метилртутью является проникание ртути в плаценту и накапливание в плоде, причем мать не испытывает при этом болезненных ощущений.
Клиническая проверка ртутного отравления основана на определении содержания ртути в крови. Идентифицируемые симптомы ртутного отравления наступают при ее содержании (0.2-0.6) ? 10-4%. Такой уровень может быть достигнут при ежедневном поглощении здоровым человеком 0.3-1 мг ртути. Человеческие волосы также могут быть использованы в диагностических целях, нейрологические симптомы могут появиться при содержании ртути в волосах около 5 ? 10-6%.
Загрязнение гидросферы ртутью во многих отношениях очень показательно, т.к. естественные механизмы биодеградации, как правило, играют большую роль в борьбе с загрязнениями, иногда могут оказывать и нежелательное воздействие. Как это происходит при преобразовании ртути и ее производных в высокотоксичную CH3Hg+ некоторыми видами бактерий пресных и морских вод.
Все экологические последствия загрязнения биосферы ртутью служат сигналом тревоги, предупреждением об опасности вырождения, поскольку заражение ртутью и ее производными приводит к изменению состава хромосом в лимфоцитах.

к началу страницы

Свинец

Можно с уверенностью утверждать, что из общего числа микроэлементов, загрязняющих окружающую среду, в последние годы наиболее интенсивно изучается свинец. В большинстве исследований в основном рассматривается воздействие свинца на здоровье людей, а также возможные пути проникновения этого элемента в окружающую среду.
В природном состоянии свинец обнаруживают в основном в виде галенита (PbS). Под воздействием атмосферных процессов свинец из этих пород вымывается, переходя постепенно в океаны. Ионы Pb2+ довольно нестабильны, и содержание свинца в океанах составляет всего 10-8 %. Однако он накапливается в океанических осадках в виде сульфитов или сульфатов. В пресной воде содержание свинца гораздо выше и может достигать 2.10-6 %, а в почве примерно такое же, что и в земной коре - 1.5.10-3 % из-за стабильности этого элемента в геохимическом цикле.
Ежегодно в мире в результате воздействия атмосферных процессов на магматические породы мигрирует около 180 тыс. т свинца. Для сравнения: ежегодно промышленностью добывается 2 млн. т свинца, из которых 10% теряется при переработке руд и еще 10% при металлургическом производстве свинца. Таким образом, даже на этих стадиях выделение свинца в окружающую среду равно его количеству, поступающему в результате естественных процессов выветривания и выщелачивания.

к началу страницы

Углеводороды

Загрязнение вод углеводородами является в настоящее время одним из основных видов загрязнения гидросферы современным обществом.
Углеводородное загрязнение возникает в результате многих факторов, связанных с добычей нефти, ее транспортировкой танкерами и использованием нефтепродуктов: топлива и смазочных материалов. В настоящее время по морю транспортируется более 1 млрд. т нефти. Часть этой нефти (от 0.1 до 0.5%) выбрасывается в океан более или менее легально: в результате сброса промывочных и балластных вод в открытое море (после разгрузки нефтяные танки заполняются морской водой, а потом заполняются ею как балластом, что придает судну большую устойчивость). Такая вода должна сбрасываться в зонах открытого моря, которые специально оговариваются международными соглашениями, но часто эти операции совершаются недалеко от побережья в нарушение всех законов.
Еще одним невольным виновником загрязнения становятся аварии нефтеналивных судов и на нефтяных разработках.
Так сколько же нефти ежегодно попадает в Мировой океан из различных источников в результате деятельности человека?
Большинство экологов придерживаются цифры 5 млн. т. Действие углеводородов нарушает экологическое равновесие замкнутых морей. Загрязнение производными  нефти приводит к тому, что рыбу невозможно употреблять из-за неприятного вкуса.
Кроме того, содержание в воде бензина даже при таких низких концентрациях, как 1 млн-1, может привести к тому, что довольно значительное количество подземных вод станет неприемлемым для питья в случае просачивания сточных вод через почву в водоносные слои.
Опасность отравления нефтью возрастает с ростом ее концентрации. Токсичность в водной среде проявляется при концентрации более 1 мг/м3. Даже незначительное содержание нефти (200-300 мг/м3) приводит к нарушению экологически равновесного состояния отдельных популяций рыб и других обитателей речной и морской фауны.
Известно, что 1 т нефти способна образовывать сплошную пленку площадью 2.6 км2 (одна капля - соответственно около 0.25 м2). В зависимости от количества разлитой нефти толщина пленки существенно неодинакова.

Характеристика нефтяных пленок

При попадании нефти в воду содержание кислорода в ней резко снижается за счет окисления им органических веществ и накопления промежуточных продуктов реакции. Например, в водах Балтийского и Северного морей наблюдается снижение концентрации кислорода и увеличение концентрации аммиака. Нефть достаточно активно взаимодействует со льдом, который способен поглощать ее в количествах до одной четверти от своей массы. При таянии такой лед становится источником загрязнения любого района океана. Общее количество нефти, поступающей в мировой океан, к 2000 г., если не будут приняты эффективные меры защиты, достигнет 60 млн. т (по расчетам, например, 200 тыс. т нефти достаточно, чтобы превратить Балтийское море в биологическую пустыню).
При концентрациях нефтяных загрязнений выше 800 мг/м3 происходит подавление жизнедеятельности фитопланктона и возможно уничтожение планктона в целом. Это в свою очередь резко сокращает выработку кислорода океаническими водорослями. Доля этого жизненно необходимого элемента в планетарном балансе весьма значительна (известно, что океан дает около 50% кислорода, необходимого для жизни на Земле).
После попадания в океан нефть начинает перемещаться под влиянием ветра, течения, приливов и отливов. В результате таких природных процессов, как испарение, растворение, образование эмульсий, усвоение живыми организмами и выпадение в осадок состав нефти постоянно меняется вследствие разложения и трансформирования различных компонентов - составляющих нефти.
Все виды нефти содержат легкокипящие компоненты, которые быстро испаряются. В течение нескольких дней 25% нефтяного пятна исчезают в результате испарения. Низкомолекулярные компоненты выводятся главным образом в результате растворения, причем ароматические углеводороды растворяются быстрее, чем н-парафины при одинаковой температуре.
После улетучивания более легких фракций оставшаяся в море нефть подвергается биодеградации. Различные виды углеводородов, входящие в состав сырой нефти, разлагаются аэробными бактериями и грибами. Эта микрофлора разлагает нефть на составляющие, степень токсичности которых еще полностью не исследована.

Биохимическое (микробиологическое) воздействие бактерий, грибков и других микроорганизмов на компоненты нефти гораздо шире и охватывает самые разнообразные вещества по сравнению с процессами испарения и растворения. Однако не существует какого-либо одного микроорганизма, способного разрушить все компоненты определенного вида сырой нефти. Бактериальное воздействие характеризуется высокой селективностью и полное разложение всех компонентов нефти требует участия многочисленных бактерий различных видов. При этом образуется ряд промежуточных продуктов, для разрушения которых требуются свои организмы. Парафиновые углеводороды наиболее легко разлагаются бактериями. Следовательно, более стойкие циклопарафиновые и ароматические углеводороды исчезают из океанской среды с гораздо меньшей скоростью.
Процесс бактериального воздействия длится в течение многих недель или месяцев, затем остаточные продукты разложения накапливаются и образуют частицы битума диаметром 0.1-10 см, дрейфующие по океану. Их поверхность покрыта аэробными бактериями.
Нефтяные углеводороды подвержены также процессам химического окисления и фотоокисления, но в водной среде эти процессы еще не исследованы.
Скорость разложения является функцией физических параметров окружающей среды. Как и следовало ожидать, к таким параметрам в первую очередь относится температура. Содержание питательных веществ и кислорода в воде являются ключевыми факторами в процессах микробиологического разложения. Подсчитано, что для полного окисления 4 л сырой нефти требуется кислород, содержащийся в 1.5.106 л морской воды, насыщенной воздухом при 60 0С; это эквивалентно количеству морской воды, содержащейся в слое глубиной 30 см и поверхностью 0.5.104 м2.
В наши дни практически во всех районах Мирового океана можно найти следы биологического разложения нефти. Морские рыбы, проглатывая мелкие комочки нефти, накапливают значительные количества токсичных веществ, которые продвигаясь по пищевым цепям, могут дойти до человека.
Однако не следует спешить давать «зеленую улицу» различным средствам по борьбе с загрязнением нефтью, поскольку последствия применения этих средств могут иметь более негативный характер, чем само первичное загрязнение. Использование методов эмульгирования или осаждения нефти должно иметь серьезное научное и экологическое обоснование.
Экологические последствия загрязнения вод углеводородами, за исключением воздействия мазута на морских птиц, все еще мало изучены.
Общее воздействие нефтепродуктов на морскую среду можно разделить на 5 категорий: 1) непосредственное отравление с летальным исходом; 2) серьезные нарушения физиологической активности; 3) эффект прямого обволакивания живого организма нефтепродуктами; 4) болезненные изменения, вызванные внедрением углеводородов в организм; 5) изменения в биологических особенностях среды обитания.
Летальное отравление возможно в результате прямого воздействия углеводородов на некоторые важные процессы в клетках и особенно на процессы обмена между клетками.
Растворимые в воде ароматические углеводороды представляют наибольшую опасность для морской среды. Воздействие парафиновых углеводородов низкой молекулярной массы (С10 и менее) может вызвать наркотическое действие, но необходимая для этого концентрация крайне высока и отсутствует в нефтяных пятнах. Смертельные концентрации ароматических углеводородов возможны в нефтяных пятнах, не подвергшихся атмосферному воздействию (т.е. пока не потеряны летучие и растворимые компоненты). Ниже дана оценка токсической чувствительности различных морских организмов в виде концентрации ароматических соединений, вызывающей отравления:

Растворимые ароматические углеводороды, изменяя свойства водной среды, оказывают большое влияние на химические способы передачи информации в морских экосистемах. Морские хищники, например, находят свою добычу с помощью органических химических веществ, содержащихся в морской воде в количестве 10-7%. Подобная химическая природа процессов привлечения и отталкивания играет важную роль при защите от хищников, локализации места обитания и для привлечения особей противоположного пола. Имеется достаточно информации, чтобы сделать предположительные выводы о влиянии растворимых компонентов нефти на химические коммуникационные процессы за счет блокирования рецепторов организма или подавления естественных стимулов.
Эффекты покрытия и удушения являются основными вредными последствиями при загрязнении нефтепродуктами. Морские птицы стали первыми жертвами такого загрязнения. Углеводороды обволакивают перья птиц, нарушая их гидрофобность и сводя на нет защитную функцию оперения, поэтому покрытые мазутом птицы переохлаждались и гибли. Кроме того, птицы интоксицировались нефтью, поглощаемой ими во время ныряния или при попытках очистить перья. В результате этой интоксикации происходят серьезные нарушения эндокринной системы.
Поражения в результате накопления углеводородов в тканях характерно для многих, если не для всех морских организмов. Можно ожидать, что любой организм, живущий в водной среде, должен находится с ней в химическом равновесии. Поэтому, если содержание углеводородов в воде даже меньше 10-7%, они могут поглощаться организмом и накапливаться в различных тканях. Такое внедрение химических веществ, содержащих полициклические ароматические углеводороды, изменяет вкус съедобных организмов, кроме того, это опасно, т.к. подобные вещества являются канцерогенными.
Если воздействие загрязнений невелико и концентрация их мала, то они могут полностью выводиться из организма. Однако при продолжительном пребывании в этих условиях возможно постоянное загрязнение организма. Показано, например, что ракообразных и рыб выведение большинства углеводородов происходит в течение двух недель.
Загрязнение нефтепродуктами влияет и на среду обитания и может привести к невозможности выживания в субстрате. Присутствие углеводородов различной молекулярной массы в количестве менее 10-5 - 10-6% может химически изолировать субстрат от всех видов. Виды, нуждающиеся в субстрате только как в пассивной поддержке - они просто опираются на субстрат - испытывают малое влияние; виды, живущие в субстрате, т.е. зависящие от него, более уязвимы.

к началу страницы

Моющие средства

Начало применения бытовых синтетических моющих средств относится к 1950 году. В состав коммерческих поверхностно-активных веществ (ПАВ) обычно входят одна или более групп поверхностно-активных агентов и несколько связывающих компонентов. Группы, обеспечивающие такие свойства ПАВ, выполняют две функции: уменьшение поверхностного натяжения жидкости, в которой они растворяются и образуют стабильную эмульсию или суспензию с частицами удаляемых загрязнений, и снижение жесткости воды за счет образования с водой щелочного раствора, в котором моющие свойства поверхностно-активных групп особенно эффективны.
Кроме того, ПАВ содержат добавочные ингредиенты: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты) и придающие блеск вещества, токсичные для водных организмов. Отбеливание улучшает внешний вид очищенных предметов. Блеск изделию придают флуоресцирующие краски, которые наносят на текстиль. Эти краски преобразуют ультрафиолетовые лучи в видимый свет. Отражательная способность как белых, так и окрашенных тканей, таким образом, улучшается.
Для придания желательных свойств в состав ПАВ могут быть включены также другие составляющие (ферменты, ингибиторы коррозии, душистые вещества).
Выпускаются разнообразные поверхностно-активные вещества для использования в различных по составу моющих средствах. Поверхностно-активные агенты подразделяют обычно на три класса: анионоактивные, катионоактивные и неионогенные. Химические формулы типичных представителей этих трех классов приведены ниже:
1) анионоактивные-
                         
алкилбензолсульфонат (АБС)         линейный алкилсульфонат (ЛАС)

2) катионоактивные -

четвертичная аммонийная соль, где R1, R2,R3 - углеводородные радикалы, R4 - ароматический углеводород, Х - галоген или кислотная группа

3) неионогенные -

Поверхностно-активные вещества, входящие в состав определенных моющих средств, выбирают исходя из условий использования и типа предполагаемой обработки. Гидрофильные (поглощающие воду) волокна (хлопок, шерсть и шелк) могут совмещаться с анионоактивными ПАВ; полиамидные и полиэфирные волокна гидрофобны (отталкивают воду), поэтому они очищаются в присутствии неионогенных веществ.
Анионоактивные вещества начали применяться ранее других, до сих пор они остаются основными ПАВ, включаемыми в состав большинства моющих средств. До 60-х годов используемые анионоактивные вещества были типа АБС, затем они были заменены веществами типа ЛАС.
Катионоактивные вещества дороже анионоактивных, однако они обладают антибактерицидными свойствами. Некоторые катионоактивные вещества используются для придания мягкости тканям.
В состав моющих средств входят связывающие компоненты. Они могут взаимодействовать с ионами кальция и магния, присутствующими в виде солей в воде, а также в твердых загрязнениях и в текстиле (особенно в хлопке). К твердым загрязнениям относятся также продукты выделений человеческого тела (пот), ороговевшая кожа, пищевые отходы, сажа, пыль и др.
Наиболее распространены в качестве связывающих агентов смеси полифосфатов с триполифосфатом натрия Na5P3O10. Активным связывающим агентом в этом веществе является ион P3O105-. Состав ПАВ различается в разных странах, так как эти средства применяются в разнообразном стиральном оборудовании для обработки различных текстилей.
Стиральная техника большинства европейских стран значительно отличается от американской и канадской. Так, для этой цели в Европе (кроме Англии и Норвегии) применяют реверсивные барабанные машины, имеющие встроенные водонагревательные элементы (температура стирки изменяется от 60 до 100 0С). Машины сконструированы таким образом, чтобы загрузка воды в один стиральный цикл была минимальной; минимальной будет и загрузка фосфатов, требуемых для обработки жесткой воды.
В Северной Америке большинство стиральных машин представляют собой устройства пульсационного типа без встроенных нагревательных элементов. Подобные машины, но с нагревательными элементами применяются в Англии и Норвегии. Для пульсационной стиральной машины требуется в 4 раза больше воды на один стиральный цикл по сравнению с барабанными, поэтому очевидными является увеличенный расход фосфатных связывающих агентов. В связи с этим американские моющие средства по сравнению с европейскими содержат больше фосфатов.
Важным является и тип стираемых тканей. В некоторых странах типичная стирка может содержать свыше 50% синтетических тканей (полиэфирных, полиамидных) или смесь синтетических и натуральных материалов. Эти новые волокна или смеси обычно обрабатывают смолами или другими веществами, чтобы придать им свойства, облегчающие их последующее использование. Общая особенность всех новых тканей - повышенные гидрофобные свойства, которые требуют применения менее полярных агентов неионогенного типа, что в целом увеличивает использование неионогенных ПАВ.
Все ПАВ биохимически устойчивы, поэтому их применение должно быть ограничено и регламентировано. Во многих странах приняты решения о производстве только биодеградирующих моющих средств, что значительно снизило нагрузку на окружающую среду. Для решения этой проблемы была изменена химическая структура ПАВ, что сделало их легко поддающимися разложению - вещества типа ЛАС.
Сточные воды, содержащие тяжелые ПАВ, несут огромную шапку пены в районах использования, особенно ниже водослива и ворот шлюзов. Пена оказывает отрицательное влияние на водные экосистемы в некотором роде аналогичное воздействию нефтяной пленки (уменьшение светопропускания, ухудшение воздухообмена между атмосферой и водной поверхностью).
Особое значение для водных экосистем имеют полифосфатные связывающие агенты. Фосфорные компоненты моющих средств легко гидролизуются с образованием нетоксичных монофосфатов:
P3O105- + 2H2O ® 2HPO44- + H2PO4-
Образующиеся продукты гидролиза не представляют угрозы для человека и животных, обитающих в воде. Однако необходимо учитывать эффект воздействия фосфатов на растения. Они являются питательной средой для фитопланктона, вызывая его интенсивный рост, что в свою очередь может создать серьезные проблемы в водоемах. Это выражается в загрязнении ранее чистых водоемов, где по мере отмирания растений начинается их гниение, а вода обедняется кислородом.
Были предложены различные способы ограничения количества фосфатов в ПАВ до полного отказа от их применения. Однако выведение этих веществ из состава ПАВ дискуссионно, так как не установлено, уменьшается ли содержание питательных веществ в водной среде с уменьшением содержания фосфатов в ПАВ.
С целью частичной или полной замены фосфатсодержащих связывающих агентов были исследованы тысячи компонентов. Необходимым условием являлось сохранение качеств, присущих фосфатам (нетоксичность, отсутствие агрессивности, коррозионного воздействия на материалы и т.д.). Наибольший интерес из всех исследованных соединений представляет натриевая соль нитрилтриуксусной кислоты (НТК):

Это соединение обладает хорошими связывающими свойствами, что приближает его к характеристикам триполифосфата. Оно легко поддается биологическому разложению и относительно недорого. Однако НТК обладает гигроскопичностью, что приводит к слеживанию в открытых упаковках. Кроме того, в 1970 г. появилось сообщение, что соединение НТК-кадмий - тератогенно (тератогены - вещества, вызывающие возникновение дефектов у зародыша в период его утробного развития). Таким образом, пока не будет получен приемлемый связывающий агент, полифосфаты будут вводится в состав ПАВ, несмотря на влияние этих веществ на рост водных растений.

к началу страницы

Пестициды

Пестицидами называют химические вещества, обладающие токсичными свойствами по отношению к тем или иным живым организмам - от бактерий и грибков до растений и вредных теплокровных животных. Свойства пестицидов значительно различаются между собой, поэтому и различна их потенциальная способность загрязнять окружающую среду. К таким свойствам пестицидов относятся испарение, растворение в воде и других растворителях, а также сопротивляемость разрушению. Последнее свойство особенно важно при определении степени воздействия пестицида на окружающую среду. Это свойство характеризует стойкость, которая равна времени, необходимому для того чтобы пестицид потерял не менее 95% своей активности при нормальных условиях и обычной интенсивности применения. Дезактивация пестицидов с помощью химических или биологических процессов может длиться в течении от 1-12 недель до 2 и более лет.
Производство и использование препаратов для уничтожения паразитов ставит под угрозу стабильность гидросферы. Стойкие пестициды обнаруживаются в самых различных местах окружающей нас среды, что указывает на существование закономерного движения этих соединений. Пестициды применяются путем распыления в воздухе для обработки листвы или непосредственным введением в почву, которая при этом является накопительным резервуаром. Отсюда пестициды проникают в воздух, воду либо разлагаются. По-видимому, вода является окончательным хранилищем стойких пестицидов.
Промышленное производство пестицидов - опасный источник загрязнения морских и континентальных вод вследствие сброса отходов синтеза этих веществ заводами, расположенными по берегам рек или на морских побережьях. Кроме того, сточные воды таких предприятий постоянно поступают в подземные и речные воды, разнося токсичные вещества на огромные расстояния.
В настоящее время нет достаточной информации, позволяющей количественно оценить попадание пестицидов в водную среду из различных источников. Однако может быть сделана общая оценка путей проникновения. Стойкие пестициды проникают в водную среду прямыми и косвенными путями. Прямой путь - внесение пестицидов непосредственно в водную среду для уничтожения вредителей, живущих там, а также вместе с промышленными отходами. Ряд органических пестицидов вводят в воду для ограничения количества насекомых, не промысловых рыб, водных растений. В большинстве случаев доза пестицидов тщательно контролируется. Однако самый тщательный контроль может оказаться недостаточным при массовом применении, как, например, при истреблении комаров.
Сельскохозяйственные и городские дренажные системы, по-видимому, представляют собой косвенные пути, по которым пестициды проникают в водную среду. В таких дренажных системах пестициды, растворенные в воде либо адсорбированные различными частицами, выносятся вместе со сливными водами.
Растворимость пестицидов в воде изменяется от незначительной до очень высокой; известно, что фосфорорганические производные растворимы лучше хлорпроизводных углеводородов, хорошо растворимы и гербициды. Наибольшую опасность представляет вынос растворимых пестицидов в тот период, когда они должны сорбироваться на частицах почвы, т.е. непосредственно после применения. Если пестициды достаточно сильно сорбированы на частицах почвы, то даже наиболее растворимые из них не выщелачиваются из почвы. Поэтому только при разрушении почвы в процессе эрозии может происходить загрязнение водной среды.
Долгое время вызывал удивление тот факт, что следы хлорорганических пестицидов были обнаружены в морских организмах, поскольку эти пестициды практически нерастворимы в воде и находятся там либо во взвешенном состоянии, либо адсорбируются органическим веществом. Оказалось, что их гомогенное распределение на поверхности морей является вторичным эффектом загрязнения последних нефтью. Благодаря высокой растворимости в углеводородах пестициды эмульгируют в них, что способствует их перераспределению и переносу морскими течениями в довольно отдаленные зоны.
Еще одним источником загрязнения вод является обработка инсектицидами огромных площадей, осуществляемая с воздуха. Подобное массированное распыление пестицидов предпринимается в рамках различных «кампаний» по уничтожению каких-либо вредителей. Такая обработка приводит к накоплению в поверхностных слоях почвы токсичных веществ, которые затем попадают в водоносные слои или выносятся в реки дождевой эрозией.
Кроме того, некоторая часть распыляемых активных веществ задерживается в атмосфере, т.к. в воздухе всегда находятся твердые взвеси и дымы, адсорбирующие пестициды. Такие частицы могут оставаться в воздухе в течение длительного периода времени. Захваченные стратосферными потоками, пестициды распространяются в глобальном масштабе, а затем выпадают с атмосферными осадками на поверхности суши и океанов, где морские течения завершают их распределение в гидросфере.
Загрязнение пестицидами оказывает сильное отрицательное воздействие на пресноводные и прибрежные морские биоценозы. Использование хлорорганических инсектицидов для уничтожения насекомых, переносчиков инфекций, оборачивается катастрофой для пресноводных беспозвоночных, а также для всей морской прибрежной фауны, в частности, для рыб.
Наиболее опасное последствие загрязнения вод пестицидами - вероятность концентрирования некоторых веществ в достаточно длинных пищевых цепях пресноводной или морской среды.
Так, например, планктон и мальки рыб могут селективно поглощать ДДТ и другие хлорпроизводные углеводородов; они в свою очередь служат пищей для более крупных организмов. Когда этот процесс повторится на нескольких уровнях в цепочке питания, в организмах, находящихся в конце этой цепочки, может оказаться очень высокая концентрация пестицидов.
Наиболее известный пример экологических потрясений, вызванных заражением вод хлорорганическими инсектицидами - катастрофа на озере Клир-Лейк в Калифорнии. С 1949 по 1957 гг. озеро было обработано пестицидами (соединениями типа ДДТ) с целью уничтожения комаров. Следует уточнить, что эти насекомые не представляют опасности, т.к. не кусают человека и не переносят инфекций. Единственное неудобство, которое они создают для прогуливающихся и купающихся людей, состоит в том, что они роятся вокруг них в несметном количестве, образуя настоящее облако. В ходе кампании по уничтожению насекомого вода озера была обработана сравнительно слабыми дозами пестицида (0.014 млн-1), однако после его распыления концентрация в планктоне составляла 5 млн-1, а в жировой прослойке и мышцах сомика до 221.0 млн-1. В результате чего колония птиц, населяющих это озеро и питающихся только этой рыбой, стала быстро уменьшаться: из 1000 гнездующихся пар после обработки препаратом осталось лишь 30, и те оказались почти стерильными. В тканях мертвых птиц содержалось до 25000 млн-1 препарата.
Так почему инсектициды, концентрация которых в воде была очень мала, аккумулируются в тканях суперхищников? Конечно, основной причиной является потребление его с пищей, но следует также учитывать и поглощение инсектицида вместе с загрязненной водой. В фитопланктон этот токсикант проникает только непосредственно из воды. Позвоночные также получают этот инсектицид в больших количествах прямо из воды. Поглощение яда происходит главным образом через слой слизи, выделяемой некоторыми покровными клетками рыб, и при жаберной циркуляции. Рыбы поглощают токсичные вещества в концентрации несколько меньше летальной и способны длительное время задерживать эти соединения в организме.
Например, для семги летальная концентрация токсафена составляет 1 млрд-1, но она может прожить 255 суток при концентрации токсафена 0.4 млрд-1 и в результате накапливает в своем жире 5 млн-1 токсиканта. Летальная концентрация эндрина для креветок составляет 0.6 млрд-1; после пребывания в течение двух месяцев в воде, содержащей 0.025 млрд-1 этого вещества, креветки накапливают в тканях 5 млрд-1 эндрина. Некоторые виды крабов могут в течение 4-х месяцев находиться в воде с концентрацией ДДТ 0.5 млрд-1, в то время как летальная концентрация равна 1 млрд-1.
Пестициды вызывают самые различные изменения в организмах рыб, включая снижение сопротивляемости болезням, уменьшение толщины жаберных мембран, низкое содержание крови, потеря теплового равновесия со средой, учащенное дыхание, ухудшение способности к воспроизводству потомства. В случае хищных птиц высокое содержание пестицидов в их тканях приводит к торможению деятельности жизненно важных ферментов, контролирующих обмен кальция в организме. В итоге скорлупа яиц оказывается слишком тонкой и слабой, поэтому такие яйца легко разбиваются, что в конечном счете приводит к уменьшению скорости воспроизводства.
Люди стоят в верху пищевой пирамиды и, следовательно, стойкие пестициды должны накапливаться и в них. Обобщенные данные указывают, что это предположение правильно. По предварительной оценке содержание ДДТ в тканях человека составляет 5.10-4 - 1.10-3%. Хотя пища является главным источником попадания пестицидов в организм, однако этому способствует также применение пестицидов в быту.
C учетом всего сказанного выше совершенно очевидно, к каким катастрофическим последствиям может привести нерациональное и экологически необоснованное применение пестицидов человеком, приводящее к ухудшению качества среды, опасности сверхбольшого накопления этих веществ как в среде, так и в живых организмах.