Виды загрязнения физические: Физическое загрязнение окружающей среды: виды, источники, примеры

Содержание

Экологическая безопасность. Тема 3. Загрязнение окружающей среды основные понятия и типы. Тест для самопроверки – пройти тест онлайн бесплатно

Авторам

8-800-333-85-44

Оформить заявку

Вход

Справочник
Онлайн-калькуляторы
Тесты с ответами

Выполним любые типы работ

Дипломные работы
Курсовые работы

Рефераты
Контрольные работы
Отчет по практике
Эссе

Экология

Контрольная работа
от 1 дня /
от 100 руб
Курсовая работа
от 5 дней /

от 1800 руб
Дипломная работа
от 7 дней /
от 7950 руб
Реферат
от 1 дня /

от 700 руб
Онлайн-помощь
от 1 дня /
от 300 руб

Оставляй заявку — и мы пройдем все тесты за тебя!

с чем связано попадание в воду данных факторов, какие виды загрязнения водоисточников к ним относятся, в частности, тепловое и радиоактивное.

Человечество загрязняет воду самыми разнообразными способами. Наиболее упоминаемые загрязнители гидросферы — химические и биологические.

В водоёмах обнаруживаются причудливые сочетания химических элементов, попадающих в природные источники в составе промышленных стоков.

Вода может быть прозрачна и визуально чиста, но при этом заражена болезнетворными бактериями и вирусами.

Но есть ещё один, не такой известный, вид промышленного загрязнения гидросферы, при котором изменяются физические свойства воды.

Рассмотрим, чем связан такой вид загрязнения воды, как физическое, и что относится к водоисточникам данного фактора.

Содержание

Понятие
Виды загрязнителей
С чем связано?
Что относится к физическим факторам загрязнения водоисточников?
- Тепловое
- Радиоактивное
Способы очищения воды
- Как снизить тепловую нагрузку на водоёмы?
- Очистка от радиации
Заключение

Понятие

Нарушение физических параметров воды (температурно-энергетических, волновых, радиационных) называют физическим загрязнением.

Под действием загрязнителя происходит отклонение от привычного диапазона колебаний физических параметров водоёма, нарушаются абиотические факторы среды обитания водных организмов.

Физические загрязнения часто выходят за рамки локальных и ощущаются на глобальном уровне.

Виды загрязнителей

Основные источники физического загрязнения:

тепловые электростанции;
атомные станции;

котельные;
городские ливневые стоки;
сточные бытовые и промышленные воды;
свалки и полигоны промышленных отходов.

С чем связано?

Физическое загрязнение гидросферы обусловлено сбросами хозяйственно-бытовых, технических сточных вод в водоемы и подземные воды.

На крупных производствах используются огромные количества воды, часть из которых неизбежно оказывается загрязнена физически. Использование предприятиями закрытых оборотных систем и водоочистных сооружений не всегда полностью решает проблему попадания в водоёмы «мёртвой» воды.

Что относится к физическим факторам загрязнения водоисточников?

Что же относится к физическим загрязнениям гидросферы?

Тепловое

Электростанции забирают речную или озёрную воду, чтобы прокачать её через охладитель. Затем нагретая вода возвращается в водоём, повышая температуру природных вод на 5 – 15 °С.

В природе не бывает резких колебаний температуры среды. Животные и растения в естественных условиях успевают приспособиться к изменившемуся температурному режиму водоёма.

Горячие стоки с электростанций нагревают воду за короткий промежуток времени, не оставляя живым организмам времени на акклиматизацию. Резкий скачок температуры провоцирует тепловой шок и гибель пресноводной флоры и фауны.

В неестественно тёплой воде снижается содержание кислорода, гибнет высшая водная растительность. На смену привычной флоре приходят бурно развивающиеся сине-зелёные водоросли, которые при разложении выделяют токсины и отравляют водоём.

Перегретая вода непригодна для питья, рыбного хозяйства, промышленности. Стоки с дорог, парковок и других мощеных поверхностей тоже влияют на температуру воды. В летние сезоны асфальт нагревается, что приводит к стоку теплой воды в канализационные системы и водоемы.

Вырубка леса вблизи ручьев и озер лишает водные экосистемы природного затенения и повышает температуру открытых участков водоёма на 10 °С.

Подробнее о тепловом загрязнении гидросферы вы можете прочитать здесь.

Радиоактивное

Атомная энергетика вывела человеческий прогресс на новый уровень, но стала источником мощного и опасного загрязнения окружающей среды.

Радиоактивное сырьё используется:

на предприятиях военно-промышленного комплекса;
для получения электроэнергии;
в промышленности;
медицине;
для движения подводных лодок и морских судов.

Образующиеся в процессе добычи, переработки и использования радиоактивного сырья отходы обнаруживаются в Мировом океане, попадая в гидросферу самыми разными способами:

в составе радиоактивных отходов с предприятий;
в процессе работы атомных электростанций;
с судовых атомных двигателей;
с военных атомных полигонов;
в результате аварий.

Даже низкие концентрации радиоактивных элементов опасны. Уран, цезий, стронций, радий устойчивы и подвижны в воде. Вода смывает их на свалках и захоронениях или просачиваясь через богатые ими горные породы.

Течения переносят зараженную воду на большие расстояния, увеличивая площадь поражения невидимым и смертоносным загрязнителем.

Зараженные радиацией водные массы непригодны для большинства представителей морской флоры и фауны. Радиоактивную воду нельзя использовать для питья и полива сельскохозяйственных культур.

Радиоактивные частицы в воде претерпевают изменения, концентрируясь, осаждаясь или поглощаясь живыми существами.

Рыба, обитающая в загрязненной радионуклидами водной среде, а также водоросли склонны накапливать «радиацию», повышая тем самым концентрацию «грязных» элементов в своих тканях

Тему радиоактивного загрязнения воды мы раскрыли в этой статье.

Способы очищения воды

В Российской Федерации загрязнение воды расценивается как экологическое преступление. Нарушители природоохранных законов несут уголовную или административную ответственность в зависимости от тяжести последствий загрязнения воды.

Как снизить тепловую нагрузку на водоёмы?

Для защиты гидросферы от теплового воздействия стоков электростанций предпринимается ряд практических действий:

Сооружение водоёмов-охладителей, из которых вода снова используется для охлаждения турбин.
Внедрение инновационных инженерных решений, исключающих паровую турбину в работе на теплоэлектростанциях.
Исследование пределов равновесия биологических систем и температурной устойчивости отдельных видов.

Температура сбрасываемой предприятиями сточной воды контролируется на государственном уровне. По действующему в России нормативу, актуальному для рыбхозов, температура воды под влиянием хозяйственной деятельности (и при сбросе сточных вод) не может превысить естественную температуру объекта более, чем на 5 °С.

Для обычных пород рыб водоем не может прогреваться более, чем до 28 °С в летний период и до 8 °С зимой. В местах обитания холодолюбивых пород рыб вода не должна прогреваться более, чем до 20 °С летом и 5 °С зимой. В местах нереста налима температура воды в результате технической деятельности не должна повышаться более, чем на 2 °С.

Очистка от радиации

Загрязненная радионуклидами вода, согласно требованиям российского законодательства, перед сбросом в водоем должна быть деактивирована на предприятиях, образующих эти стоки.

Варианты очистки радиоактивных сточных вод зависят от периода полураспада и энергии радиоактивного излучения содержащихся в стоках элементов.

Воды высокой активности с большим периодом полураспада подвергаются концентрированию и хранению в специальных резервуарах.

Концентрированные отходы сплавляют с керамикой или стеклом, а затем захоранивают на глубине.
Радиоактивная вода с коротким периодом полураспада изотопов (до 60 дней) обезвреживается сохранением в резервуарах под слоем грунта толщиной до 3 м.

Способы очистки воды от радиации мы свели в таблицу:

Способ	Механизм действия	Применение
Физико-химический: осаждение	В очищаемую воду добавляется неактивный изотоп того же элемента.	Удаление радиоактивного йода.
сорбция	Поглощение частиц активированным углем, затем осаждение.	Удаление до 99% церия Се144 и плутония Ри239.
коагулирование	Связывание частиц сульфатом аммония, образование легко удаляемых хлопьев	Инактивация радиоактивных коллоидов.
ионообмен	Воду пропускают через слой ионитов	Для слабо загрязненных вод.
Электролитический: электролиз; электродиализ; электроионизация.	Процессы происходят на электродах под действием постоянного электрического тока	Для удаления из раствора некоторых продуктов деления урана в ионной форме.
Биологический	Радиоизотопы: сорбируются на взвешенных веществах; ассимилируются с биоценозами, населяющими биофильтры, аэротенки.	Для очищения слабо радиоактивных вод.

Заключение

Физическое загрязнение гидросферы вносит свой опасный вклад в разрушение среды обитания живых существ. Ситуация осложняется «невидимостью» некоторых загрязнителей этого типа.

Радиация может оказаться в кусочке морского окуня на тарелке, а воды ближайшего к электростанции водоема внезапно потеплеют и покроются тельцами мертвой рыбы.

Единственный выход защитить будущие поколения от физического и любого другого загрязнения среды обитания – это ведение хозяйственной деятельности через призму экологического мышления.

Другие загрязнители

Когда громкие разливы нефти наносят ущерб морским животным и океанским экосистемам, многие видят немедленные последствия — через изображения в средствах массовой информации животных, борющихся за выживание, и пляжей, покрытых смолой. Но большая часть загрязнения, которое мы наносим на океаны и морскую дикую природу, попадает в воду менее драматическим образом и создает проблемы менее заметными способами. Многие загрязняющие вещества скапливаются незаметно в глубинах океана, где они потребляются мелкими морскими организмами и попадают в глобальную пищевую цепь.

По данным Национального управления атмосферы и океанографии США (NOAA), 80 процентов загрязнения морской среды во всем мире происходит из наземных источников, таких как стоки. Общие антропогенные физические загрязнители, попадающие в океан, включают пестициды, гербициды, химические удобрения, моющие средства, нефть, сточные воды, пластик, выброшенные рыболовные снасти и другой твердый мусор. Сама почва может быть загрязнителем, когда она в больших количествах сбрасывается в водоемы. Верхний слой почвы или ил с полей, строительных площадок или вырубленных лесов могут ухудшить или разрушить среду обитания водных диких животных.

Большая часть загрязнения исходит от крупных промышленных источников, таких как фермы, фабрики и леса, используемые для производства древесины. Загрязняющие вещества часто выбрасываются далеко вверх по течению от береговой линии. Когда, например, богатые азотом удобрения, применяемые на внутренних фермах, попадают в местные ручьи, реки и грунтовые воды, они в конечном итоге оседают в эстуариях, заливах и дельтах, где они могут вызвать массовое цветение водорослей, которое лишает воду кислорода. После истощения кислорода эта часть океана становится мертвой зоной, неспособной поддерживать большую часть морской жизни. На сегодняшний день по всему миру выявлено 400 таких мертвых зон. Как и в Мексиканском заливе в устье реки Миссисипи, такие стерильные, практически безжизненные зоны могут простираться на тысячи квадратных миль.

Различные мелкие источники в совокупности также вносят большой вклад в загрязнение морской среды. Миллионы автомобильных двигателей ежедневно, по одной капле за раз, «разливают» масло на дороги и парковки, что значительно увеличивает загрязнение стоков. Химические вещества могут вытекать из деталей машин, батарей и подобных промышленных отходов, вызывая вторичное загрязнение. Некоторое загрязнение воды на самом деле начинается с загрязнения воздуха твердыми частицами, которые в конечном итоге попадают в водные пути и океаны.

Другие виды физического загрязнения включают мусор и другие выбрасываемые твердые вещества, ненадлежащим образом утилизированные на суше или в море. Твердые обломки могут плавать, находиться во взвешенном состоянии в толще воды или тонуть в зависимости от их физических характеристик. Все может быть проблематичным для морской жизни. Мусор, который тонет, может оказать огромное влияние на чувствительные сообщества океанского дна, разрушая кораллы и запутывая дикую природу. Выброшенные рыболовные сети годами дрейфуют, захватывая рыбу и млекопитающих, что приводит к истощению, голоданию и медленной смерти.

В некоторых частях нашего океана из-за океанских течений и ветров образуются скопления плавающего морского мусора. Два крупных взаимосвязанных скопления мусора, известные как мусорные пятна восточной и западной части Тихого океана, вращаются по течению на полпути между Гавайями и Калифорнией и югом Японии соответственно. Эти мусорные пятна в основном состоят из мелких кусочков пластика, попавших в океан с суши и кораблей.

Помимо того, что плавающие обломки выглядят непривлекательно с эстетической точки зрения и иногда по ним трудно ориентироваться, они могут быть ошибочно приняты за пищу и проглочены морскими млекопитающими, морскими черепахами и морскими птицами. Проглатывание мусора может привести к потере питания, повреждению внутренних органов, закупорке кишечника, голоданию и даже смерти. Пластиковый мусор также может распадаться на токсичные компоненты, которые накапливаются в пищевой цепи.

A Voice For Animals Contest Winners Show Up Advocacy во время Pandemic
AWI Пресс -релиз, август 2020

Округ Мэриленд, готовясь сократить выпуск баллов
awi Quarterly Artively Artivel , Лето 2017

20.1.1: Загрязнители воды и их источники

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы
32229

Мелисса Ха и Рэйчел Шлейгер
Колледж Юба и Колледж Бьютта через ASCCC

Open Educational Resources Initiative

Хотя естественные процессы, такие как извержения вулканов или испарение, иногда могут вызывать загрязнение воды, большая часть загрязнения связана с деятельностью человека на суше. Загрязняющие вещества могут распространяться через разные водоемы по мере того, как несущая их вода проходит через этапы круговорота воды (рисунок \(\PageIndex{a}\)). Время пребывания (среднее время, которое молекула воды проводит в резервуаре) является ключевым фактором в решении проблемы загрязнения, поскольку оно влияет на потенциал загрязнения. Вода в реках имеет относительно короткое время пребывания, поэтому загрязнение обычно бывает кратковременным. Конечно, загрязнение рек может просто переместиться в другой водоем, например в океан, где оно может создать дополнительные проблемы. Подземные воды обычно характеризуются медленным течением и более длительным временем пребывания, что может сделать загрязнение подземных вод особенно проблематичным. Наконец, время пребывания загрязнения может быть намного больше, чем время пребывания в воде, потому что загрязнитель может долгое время поглощаться экосистемой или поглощаться отложениями.

Рисунок \(\PageIndex{a}\): Источники некоторых загрязнителей воды и перенос загрязняющих веществ в различные водоемы круговорота воды (такие как реки и водоносные горизонты).

Загрязнение из точечного источника можно проследить до конкретных точек сброса. Загрязнение воздуха является примером загрязнения из неточечных источников, поскольку загрязняющие вещества находятся в воздухе и ландшафте и в конечном итоге попадают в воду из разных мест. Эродированная почва и отложения являются еще одним источником неточечного загрязнения. Изображение Геологической службы США (общественное достояние).

Вода может быть загрязнена в результате различных видов деятельности человека или существующих природных объектов, таких как богатые минералами геологические образования. Сельскохозяйственная деятельность, промышленные операции, свалки, животноводство, мелкомасштабные и крупномасштабные процессы очистки сточных вод, помимо всего прочего, могут потенциально способствовать загрязнению. Когда вода течет по земле или проникает в землю, она растворяет материал, оставленный этими потенциальными источниками загрязнения. Риски и тип устранения загрязнения зависят от типа присутствующих химических веществ.

Точечный источник Загрязнение можно отнести к одному определяемому источнику. Например, животноводческие фермы (рисунок \(\PageIndex{b}\)) разводят большое количество и высокую плотность домашнего скота, такого как коровы, свиньи и куры. Комбинированные канализационные системы, имеющие единый комплекс подземных труб для сбора как сточных, так и ливневых стоков с улиц для очистки сточных вод, также могут быть крупными точечными источниками загрязняющих веществ. Во время сильного дождя сток ливневых вод может превышать пропускную способность канализации, что приводит к его резервному копированию. При этом неочищенные сточные воды сливаются прямо в поверхностные воды (рисунок \(\PageIndex{c}\)). Другие примеры включают трубы от заводов, свалок, резервуаров для хранения и разливов химикатов.

Рисунок \(\PageIndex{b}\): Крупные животноводческие фермы часто называют предприятиями по концентрированному кормлению (CFO). Эти фермы считаются потенциальными точечными источниками загрязнения, поскольку неочищенные отходы животноводства могут попадать в близлежащие водоемы в виде неочищенных сточных вод.

Предоставлено: ehp.govРисунок \(\PageIndex{c}\): комбинированная канализационная система является возможным основным точечным источником загрязнения воды во время сильного дождя из-за перелива неочищенных сточных вод. Сточные воды из бытовых, коммерческих и промышленных источников поступают в систему через водосточный желоб, а ливневые воды поступают через ливневую канализацию. В сухую погоду (и небольшие штормы) все сточные воды обрабатываются государственными очистными сооружениями (POTW). Плотина предотвращает попадание неочищенных сточных вод в водоем через выпускную трубу. В сырую погоду (сильные штормы) структура рельефа позволяет сбрасывать часть объединенных сточных и ливневых вод без очистки в соседний водоем. Изображение Агентства по охране окружающей среды США (общественное достояние).

Неточечный источник Загрязнение происходит из нескольких рассредоточенных источников. Весь вклад загрязняющих веществ вреден, но отдельные компоненты могут не достигать вредных концентраций. К неточечным источникам загрязнения относятся сельскохозяйственные поля, города и заброшенные шахты. Дождь течет по суше и сквозь землю, собирая загрязняющие вещества со всего водораздела (включая участки земли и более мелкие ручьи, впадающие в определенный водоем). Эти загрязнители могут включать гербициды, пестициды и удобрения с сельскохозяйственных полей и газонов; масло, антифриз, отходы животноводства и дорожная соль из городских районов; кислотные и токсичные элементы из заброшенных шахт. Затем это загрязнение выносится стоком в поверхностные водоемы и подземные воды. Загрязнение из неточечных источников, которое является основной причиной загрязнения воды в США, обычно гораздо сложнее и дороже контролировать, чем загрязнение из точечных источников, из-за его низкой концентрации, множества источников и гораздо большего объема воды.

Согласно отчету за 2016 год, в Соединенных Штатах было зафиксировано 20 912 случаев повреждения водных объектов, что означает, что они не могли ни поддерживать здоровую экосистему, ни соответствовать стандартам качества воды (таблица \(\PageIndex{a}\)). Отдельные причины ухудшения состояния (загрязнители воды) обсуждаются ниже и классифицируются в зависимости от того, возникают ли они в результате химических, биологических или физических процессов.

**Таблица \(\PageIndex{a}\):** Основные причины загрязнения водоемов в США в 2016 году. Данные Агентства по охране окружающей среды (общественное достояние).
Причина обесценения	Количество нарушенных водоемов
Полихлорированные дифенилы (ПХБ)	3 712
Патогены	2 248
Питательные вещества	2 228
Меркурий	2 138
Металлы (кроме ртути)	2 075
Причина неизвестна – нарушение биоты	1 852
Обогащение органическими веществами/обеднение кислородом	1 281
Мутность	1 175
Пестициды	795
Соленость/общее количество растворенных твердых веществ/хлоридов/сульфатов	576
pH/кислотность/едкие условия	489
Осадок	453
Температура	358
Всего токсичных веществ	282
Рост водорослей	174
Причина неизвестна	159
Диоксины	136
Токсичные органические вещества	127
Токсичные неорганические вещества	99

Химические загрязнители

Химическое загрязнение от сельского хозяйства, промышленности, городов и добычи полезных ископаемых угрожает глобальному качеству воды. Загрязнители воздуха от этих видов деятельности также могут попадать в водоемы (и становиться загрязнителями воды) в виде сухих отложений, осадков и стоков. Некоторые химические загрязнители имеют серьезные и хорошо известные последствия для здоровья, в то время как многие другие имеют плохо изученные долгосрочные последствия для здоровья.

Любая природная вода содержит растворенные химические вещества, некоторые из которых являются важными питательными веществами для человека, а другие могут быть вредными для здоровья человека. Концентрация загрязнителя воды обычно указывается в очень малых единицах, таких как части на миллион ( ppm ) или даже части на миллиард ( ppb ). Концентрация мышьяка 1 ppm означает 1 часть мышьяка на миллион частей воды. Это эквивалентно одной капле мышьяка на 50 литров воды. Чтобы дать вам другой взгляд на оценку малых единиц концентрации, преобразование 1 ppm в единицы длины составляет 1 см (0,4 дюйма) на 10 км (6 миль), а преобразование 1 ppm в единицы времени составляет 30 секунд в году. Общее количество растворенных твердых веществ (TDS) представляет собой общее количество растворенных веществ в воде. Средние значения TDS для дождевой, речной и морской воды составляют около 4 частей на миллион, 120 частей на миллион и 35 000 частей на миллион соответственно.

Органические загрязнители

Органические загрязнители включают гербициды и пестициды, фармацевтические препараты, топливо (например, разливы нефти), промышленные растворители и чистящие средства, а также синтетические гормоны, связанные с фармацевтическими препаратами. Эти синтетические гормоны могут действовать как эндокринные разрушители 90 063 . Многие представляют собой стойкие органические загрязнители (СОЗ), которые долго сохраняются в окружающей среде, биоусиливаются в пищевой цепи и могут быть токсичными. Как упоминалось ранее, ДДТ (пестицид), диоксин (побочный продукт гербицидов) и ПХБ (полихлорированные бифенилы, которые использовались в качестве жидких изоляторов в электрических трансформаторах) являются СОЗ.

Примером органического химического загрязнения является канал Лав в Ниагара-Фолс, штат Нью-Йорк (рис. \(\PageIndex{d}\)). С 1942 по 1952 год компания Hooker Chemical Company сбросила более 21 000 тонн химических отходов, включая хлорированные углеводороды, в канал и засыпала его тонким слоем глины. Хлорированные углеводороды представляют собой большую группу органических химических веществ, содержащих функциональные группы хлора, большинство из которых токсичны и канцерогенны для человека (примерами являются ДДТ и ПХБ). Компания продала землю школьному совету Нью-Йорка, который превратил ее в район. После того, как жители начали страдать от серьезных заболеваний и лужи маслянистой жидкости начали подниматься в подвалы жильцов, район пришлось эвакуировать. Этот сайт стал Агентством по охране окружающей среды США Сайт Superfund , сайт с федеральным финансированием и надзором для обеспечения его очистки.

Рисунок \(\PageIndex{d}\): Канал любви в Ниагра-Фолс, Нью-Йорк.

Изображение Агентства по охране окружающей среды (общественное достояние).

Неорганические загрязнители

Неорганические загрязнители (рисунок \(\PageIndex{e}\)) включают такие питательные вещества, как нитраты (NO ₃ ^— ) и фосфаты (PO ₄ ³ ^{— 9024 ), тяжелые металлы, хлорид (Cl ^–) и радиоактивные изотопы, высвобождаемые при горнодобывающей промышленности или ядерных авариях (такие как цезий, йод, уран и газ радон). Питательные вещества могут быть получены из геологического материала, такого как богатая фосфором горная порода, но чаще всего их получают из удобрений и отходов животных и человека. Неочищенные сточные воды и сельскохозяйственные стоки концентрируют азот и фосфор, необходимые для роста микроорганизмов. Питательные вещества, такие как нитраты и фосфаты в поверхностных водах, могут способствовать росту микробов, таких как сине-зеленые водоросли (цианобактерии), которые, в свою очередь, истощают растворенный кислород (O ₂ ) и производят токсины. Этот процесс известен как эвтрофикация (обсуждается ниже, а также ранее в разделах Биогеохимические циклы, Угрозы биоразнообразию и Промышленное сельское хозяйство).}

Рисунок \(\PageIndex{e}\): этот ученый демонстрирует, как проверять качество воды, и часть этого включает измерение уровня неорганических загрязнителей. Изображение Эрин Глисон (CC-BY).

Примеры тяжелых металлов включают мышьяк, ртуть, свинец, кадмий и хром, и они могут биоаккумулироваться и биомагнифицироваться в пищевой цепи. Мышьяк (As) попадает в воду естественным образом в результате выветривания богатых мышьяком минералов и в результате деятельности человека, такой как сжигание угля и плавка металлических руд. Худший случай отравления мышьяком произошел в густонаселенной бедной стране Бангладеш, где ежегодно 100 000 человек умирают от диареи и холеры в результате употребления поверхностных вод, зараженных патогенами из-за неправильной очистки сточных вод. В 19В 70-х годах Организация Объединенных Наций оказала помощь миллионам мелководных колодцев, что привело к резкому снижению числа болезнетворных болезней. К сожалению, вода многих скважин богата мышьяком. К сожалению, в Бангладеш около 77 миллионов человек (около половины населения) могли непреднамеренно подвергнуться воздействию токсичных уровней мышьяка. Всемирная организация здравоохранения назвала это самым массовым отравлением населения в истории.

Ртуть попадает в водоснабжение естественным образом в результате выветривания богатых ртутью минералов и, как и ртуть, в результате деятельности человека, такой как сжигание угля и обработка металлов. Известный случай отравления ртутью в Минамате, Япония, связан с промышленными выбросами с высоким содержанием метилртути, которые вызвали высокие уровни содержания ртути в рыбе. Жители местных рыбацких деревень ели рыбу до трех раз в день на протяжении более 30 лет, что привело к гибели более 2000 человек. За это время ответственная компания и национальное правительство мало что сделали для смягчения, облегчения или даже признания проблемы.

Соль, обычно хлорид натрия, является распространенным неорганическим загрязнителем. Он может попасть в грунтовые воды из природных отложений или из антропогенных источников, таких как соли, наносимые на дороги зимой для предотвращения образования льда (рисунок \(\PageIndex{f}\)). Загрязнение солью также может происходить из-за интрузии соленой воды , когда конусы депрессии вокруг пресных подземных вод, откачиваемых у берегов океана, вызывают проникновение соленой воды в пресноводный объект.

Рисунок \(\PageIndex{f}\): снегоочиститель и грузовик для внесения соли, который используется для очистки дорог от снега и льда для повышения безопасности дорожного движения и пешеходов. Использование соли для удаления льда с тротуаров может нанести вред водной флоре и фауне в городских ручьях. Изображение и подпись (измененные) из Геологической службы США (общественное достояние).

Кислотность или щелочность водоема также может влиять на его качество. pH – это мера концентрации ионов водорода (протонов) в растворе, которая определяет, насколько кислым или основным (щелочным) является раствор. Кислые растворы имеют высокую концентрацию ионов водорода и рН менее 7, а щелочные растворы имеют рН более 7. рН пресной воды обычно колеблется от 5 до 9, а соленая вода слабощелочная (рН = 8,2) в здоровом организме. экосистема. Когда условия слишком кислые, некоторые водные животные не могут размножаться, а структуры карбоната кальция (моллюски, улитки, кораллы и т. д.) растворяются. Кислотное осаждение обсуждается далее в этой главе, а подкисление океана обсуждается в следующей главе.

Жесткая вода содержит большое количество кальция и магния, что снижает ее способность образовывать мыльную пену и увеличивает образование накипи (минералы карбоната кальция и магния) на оборудовании для горячего водоснабжения. Умягчители воды удаляют кальций и магний, что позволяет воде легко пениться и предотвращает осаждение минералов на поверхности (рисунок \(\PageIndex{g}\)). Жесткая вода образуется естественным путем в результате растворения минералов карбоната кальция и магния в почве; он не оказывает отрицательного воздействия на здоровье людей.

Рисунок \(\PageIndex{g}\): Чрезмерно жесткая вода (с высоким содержанием кальция) может привести к образованию пленки на стеклянной посуде. Изображение Лиз Мейманн / Университет штата Айова. (всеобщее достояние).

Биологические загрязнители

Патогены (инфекционные микроорганизмы или вирусы) попадают в воду в основном с фекалиями человека и животных из-за неадекватной очистки сточных вод. Во многих слаборазвитых странах сточные воды сбрасываются в местные воды либо без очистки, либо после элементарной очистки. В развитых странах сброс неочищенных сточных вод может происходить из-за переполнения комбинированных канализационных систем, плохо управляемых животноводческих ферм и негерметичных или неисправных систем сбора сточных вод. Вода с болезнетворными микроорганизмами может быть очищена путем добавления хлора или озона (O ₃ ), кипячением или, в первую очередь, очисткой сточных вод.

Физические источники загрязнения

Мусор, отложения и тепловое загрязнение возникают из физических источников загрязнения (рисунок \(\PageIndex{h}\)). Мусор широко обсуждался в «Управлении твердыми отходами». Избыточные отложения попадают в водоемы, когда различные виды землепользования, такие как добыча полезных ископаемых, вырубка лесов и сельское хозяйство, усиливают эрозию. Отложения могут нести с собой токсины или избыток питательных веществ, а также замутнять воду (что приводит к мутность ). Мутность препятствует доступу водных растений к достаточному количеству солнечного света. Тепловое загрязнение происходит, когда температура воды превышает ее естественный диапазон. Многие электростанции (например, угольные, газовые, атомные и т. д.) используют для охлаждения воду из окружающей среды. Эта вода выбрасывается обратно в водоемы при более высокой температуре, чем обычно. Высокая температура разрушает водные организмы по нескольким причинам; во-первых, более теплые воды не могут содержать столько растворенного кислорода (см. ниже; рисунок \(\PageIndex{i}\)). Плотины также могут повышать температуру воды в ущерб живущим там организмам.

Рисунок \(\PageIndex{h}\): Загрязнение воды. Явное загрязнение воды в виде плавающего мусора; невидимые загрязнители воды иногда могут быть гораздо более вредными, чем видимые. Изображение Стивена Кодрингтона (CC-BY). Рисунок \(\PageIndex{i}\): Температура воды влияет на концентрацию растворенного кислорода в водоемах. С января по декабрь 2017 года температура воды (синяя) в летние месяцы повышается, а затем снижается. Уровень растворенного кислорода (оранжевый) падает летом при повышении температуры. Изображение и подпись (измененные) из Геологической службы США (общественное достояние).

Биохимическая потребность в кислороде, гипоксия и эвтрофикация

Потребляющие кислород отходы являются чрезвычайно важным загрязнителем экосистем. Большая часть поверхностных вод, контактирующих с атмосферой, содержит небольшое количество растворенного кислорода, необходимого водным организмам для клеточного дыхания. Редуценты, такие как бактерии и грибы, также проводят клеточное дыхание и потребляют кислород, по мере того, как они разрушают мертвое органическое вещество.

Слишком большое количество разлагающихся органических веществ в воде является загрязнителем, поскольку они удаляют кислород из воды, что может привести к гибели рыб, моллюсков и водных насекомых. Количество кислорода, используемого аэробное (в присутствии кислорода) разложение органического вещества называется биохимическим потреблением кислорода (БПК). Основным источником мертвого органического вещества во многих природных водах являются сточные воды; трава и листья являются меньшими источниками.

Незагрязненный по БПК водный объект – бурная река, протекающая через естественный лес. Турбулентность постоянно приводит воду в контакт с атмосферой, где содержание растворенного кислорода восстанавливается. Содержание растворенного кислорода в такой реке колеблется от 10 до 14 ppm. Когда биологическая потребность в кислороде низкая, процветают чистоводные рыбы, такие как форель (рисунок \(\PageIndex{j}\)).

Рисунок \(\PageIndex{j}\): Слева: такие рыбы, как радужная форель, прекрасно себя чувствуют при низкой биологической потребности в кислороде и достаточном уровне растворенного кислорода.

Справа: такие рыбы, как карп, процветают при высокой биологической потребности в кислороде и низком уровне растворенного кислорода. Изображение слева: Энгбретсон Эрик/США. Служба рыболовства и дикой природы (общественное достояние). Изображение справа от X posid (общественное достояние).

Загрязненный по БПК водный объект – стоячее, глубокое озеро в городской черте с объединенной системой канализации. Эта система способствует высокому поступлению мертвого органического углерода из сточных вод и ограниченной возможности циркуляции воды и контакта с атмосферой. В таком озере содержание растворенного кислорода составляет ≤ 5 частей на миллион. Биологическая потребность в кислороде высока, и преобладают рыбы, устойчивые к низким уровням кислорода, такие как карп и сом (рисунок \(\PageIndex{k}\)).

Избыточные питательные вещества, особенно азот (N) и фосфор (P), являются загрязнителями, тесно связанными с кислородопотребляющими отходами. Растениям и водорослям для роста требуется 15-20 питательных веществ, большинство из которых содержится в воде. Однако азот и фосфор называются лимитирующими питательными веществами , потому что они обычно присутствуют в воде в низких концентрациях и, следовательно, ограничивают общий объем роста растений. Это объясняет, почему азот и фосфор являются основными компонентами большинства удобрений.

Высокие концентрации лимитирующих питательных веществ, в частности азота (N) и фосфора (P), из антропогенных источников (в основном сельскохозяйственные и городские стоки, включая удобрения, сточные воды и моющие средства на основе фосфора) могут вызвать культурную эвтрофикацию, что приводит к быстрому росту водных производителей, особенно водорослей. Толстые маты плавающих водорослей или укоренившихся растений приводят к загрязнению воды, которое наносит ущерб экосистеме, забивая жабры рыб и блокируя солнечный свет (рисунок \(\PageIndex{k}\)). Небольшой процент видов водорослей вырабатывает токсины, которые могут убить животных, в том числе людей. Экспоненциальный рост этих водорослей называется цветение токсичных водорослей .

Рисунок \(\PageIndex{k}\): Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) цветут в озере Эри в результате загрязнения удобрениями. Изображение НАСА (общественное достояние).

Когда плодовитый слой водорослей отмирает, он становится отходами, требующими кислорода, что может создавать очень низкие концентрации кислорода в воде (< 2 частей на миллион), состояние, называемое гипоксией. В результате образуется мертвая зона, поскольку она вызывает смерть от удушья организмов, которые не могут покинуть эту среду (рисунок \(\PageIndex{l}\)). Приблизительно 50% озер в Северной Америке, Европе и Азии страдают от эвтрофикации. С эвтрофикацией и гипоксией трудно бороться , потому что они вызваны в первую очередь загрязнением из неточечных источников, которое трудно регулировать, а азот и фосфор трудно удалить из сточных вод.

Рисунок \(\PageIndex{l}\): Процесс эвтрофикации. Во время эвтрофикации увеличение количества питательных веществ вызывает рост фотосинтезирующих микробов, что приводит к разложению большего количества биомассы.

При разложении используется больше кислорода, что приводит к гибели более крупных организмов. Рост фотосинтезирующих микробов также приводит к образованию токсинов (например, образующихся во время красных приливов), что также приводит к гибели более крупных организмов.

Attributions

Изменено Мелиссой Ха из следующих источников:

Загрязнение воды от Введение в геологию Johnson et al. (под лицензией CC-BY-NC-SA)
Загрязнение воды от Экологическая биология Мэтью Р. Фишер (лицензия CC-BY)
Индустриализация природы: современная история (с 1500 г. по настоящее время) из Устойчивое развитие: комплексная основа Тома Тейса и Джонатана Томкина, редакторов. Скачать бесплатно на CNX. (под лицензией CC-BY)

Эта страница под названием 20.1.1: Загрязнители воды и их источники распространяется в соответствии с лицензией CC BY-NC-SA 4.