Загрязнение водной среды биологическое: Загрязнение водной среды — Энциклопедия пожарной безопасности

Содержание

Загрязнение водных ресурсов, связанное с деятельностью сельского хозяйства

Загрязнение воды – это нарастающий глобальный кризис, последствия которого непосредственно сказываются на здоровье, экономическом развитии и продовольственной безопасности. И хотя основными виновниками здесь являются другие антропогенные факторы, в частности застройка населенных пунктов (урбанизация) и промышленность, во многих странах главным источником загрязнения стало сельское хозяйство. Ухудшение качества воды представляет серьезную угрозу для безопасности пищевых продуктов и продовольственной безопасности.

По оценкам, в настоящее время в окружающую среду ежегодно сбрасывается порядка

2 520 км³ сточных вод в год, из них 330 км³/год – это городские стоки, 660 км³/год – промышленные (включая охлаждающую воду) и 1 260 км³/год – сельскохозяйственные.

Антропогенное воздействие на почвы пахотных земель и пастбищ достигло таких масштабов, что они уже не справляются со своей задачей по удержанию и разложению переносимых с водой загрязнителей, в результате чего в пресной воде часто повышены содержание азота, соленость и биологическая потребность в кислороде (БПК).

Объемы сельскохозяйственного использования искусственных удобрений, содержащих реактивные формы азота, растет с 2000 года, когда они составляли порядка 81 млн тонн; пик был достигнут в 2017 году (110 млн тонн), а в 2018 году наметилось небольшое снижение. На долю промышленного производства удобрений и биологической фиксации азота в сельском хозяйстве приходится 80 процентов антропогенной фиксации азота. Глобальные темпы роста использования фосфора в сельском хозяйстве невелики: в 2000 году объемы использования составляли 32 млн тонн,

в 2016 году они достигли пика в 45 млн тонн, после чего началось заметное снижение. По оценкам, общий объем поступления фосфора в водные объекты в результате антропогенного использования составляет порядка 1,47 млн тонн в год, при этом 62 процентов приходится на точечные источники (бытовые и промышленные), а 38 процентов – на диффузные (сельское хозяйство). Сельскохозяйственное использование калия достигло пика в 2018 году, составив почти 39 млн тонн (в 2000 году – 22 млн тонн). Его влияние на эвтрофикацию пресной воды не так выражено, как в случае с азотом и фосфором, хотя и усиливает засоление из стока.

Особую озабоченность вызывают новые химические загрязнители, такие как пестициды, фармацевтические препараты для животноводства и частицы пластика, а также возможное развитие устойчивости к противомикробным препаратам, в отношении которых регулирование и мониторинг в настоящее время практически отсутствуют. На карте S.11 показаны регионы мира, проблемные с точки зрения загрязнения пестицидами.

©FAO/Aamir Qureshi

Источники: Tang et al., 2021a; данные из Tang et al., 2021b (оригинал изменен в целях обеспечения соответствия требованиям ООН, 2021).

Некоторые факты о земельных и водных ресурсах

• Богарное земледелие производит 60 процентов мирового продовольствия, занимая 80 процентов обрабатываемых земель, а орошаемое – 40 процентов, занимая 20 процентов обрабатываемых земель.
• В 2000 году городские районы занимали менее 0,5 процентов поверхности суши. Однако быстрый рост городов (в 2018 году 54 процентов населения планеты составляли городские жители) оказывает серьезное влияние на земельные и водные ресурсы, поскольку сопряжен с захватом плодородных сельскохозяйственных земель.
• Около 33 процентов почв в мире деградированы в умеренной или в сильной степени.
• Эрозия почв ежегодно уносит 20–37 млрд тонн верхнего слоя почвы, снижая урожайность сельскохозяйственных культур и способность почвы накапливать углерод, питательные вещества и воду и участвовать в их круговороте. Ежегодные потери производства зерновых из-за эрозии оцениваются в 7,6 млн тонн.
• Во всем мире на сельское хозяйство приходится 72 процентов общего объема забираемых поверхностных и подземных вод, которые в основном используются для орошения.
• Показатель ЦУР 6.4.2, характеризующий уровень водного стресса в мире, в 2017 году увеличился до 17 процентов (по сравнению с 15,4 процентов в 2000 году), но за этим усредненным показателем скрываются существенные региональные различия.
• Объем вылова рыбы во внутренних водоемах составил в 2019 году 11,9 млн тонн, что составляет 13 процентов общего объема производства продукции промышленного рыболовства. Восемьдесят процентов общемирового объема вылова рыбы обеспечивают всего 17 стран. В Азии объем вылова во внутренних водоемах самый высокий: на долю этого региона приходится 66 процентов общемирового объема.

Токсичность воды и способы ее оценки — Белгидромет: Радиационно-экологический мониторинг

Главная /
Статьи /
org/Breadcrumb»> Вода /

Токсичность воды и способы ее оценки

В настоящее время выделяют несколько типов действия антропогенных химических веществ на водные экосистемы:

• токсическое • канцерогенное • мутагенное• эвтрофирующее • сапробное• осолоняющее• механическое.

Наибольшую угрозу для существования водных экосистем представляет токсическое действие.

Что же такое токсичность? Термин «токсичность» означает ядовитость (от греч. toxicon – яд), т.е. способность оказывать вредное и / или смертельное воздействие на живой организм.

Под токсичностью воды в водной токсикологии понимают свойство воды оказывать вредное, патологическое, вплоть до гибели, воздействие на организм (Строганов Н. С., 1982). Если обратиться к термину «качество воды», который понимают как «характеристику состава и свойств воды, определяющую ее пригодность для конкретных видов водопользования», то токсичность следует считать одной из характеристик качества воды.

Под токсичностью и токсикологическими показателями иногда подразумевают содержание токсических загрязняющих веществ в воде. Под токсичностью в водной токсикологии подразумевают интегральную характеристику качества воды, которая обусловлена присутствием в ней токсичных для водной биоты загрязняющих химических веществ.

Токсичность воды можно установить при помощи химических и биологических методов, которые используют государственные службы мониторинга и контроля качества вод.

Биологические методы можно условно разделить на методы биоиндикации и методы биотестирования.

Каждая группа методов имеет свои достоинства и недостатки.

Химические методы измерения содержания загрязняющих веществ в воде позволяют проверить соответствие этих содержаний установленным нормативам качества воды для конкретных видов водопользования (рыбохозяйственного, рекреационного, питьевого и т.д.). Они дают информацию об интенсивности воздействия на водную экосистему. Их недостаток – невозможность оценить реальный биологический эффект как отдельных загрязняющих веществ, так и их комплексов, а также продуктов их превращения и метаболизма. Кроме того, число химических соединений, загрязняющих водную среду, так велико, что трудно поддается контролю, и перспектива в этом отношении весьма пессимистична. В настоящее время, по оценкам некоторых специалистов, контролируется всего около 0,3% поступающих в окружающую среду химических веществ.

Методы биоиндикации, традиционные для гидробиологии, позволяют получить данные, характеризующие отклик водных биоценозов на антропогенное воздействие. В большинстве случаев гидробиологи регистрируют отклик, который формируется за определенный, как правило, достаточно длительный промежуток времени. Большинство гидробиологических показателей обладает известной «консервативностью» и не позволяет выявить адаптационно-приспособительные изменения в сообществах, отличить межгодовые природные колебания от антропогенных процессов.

Биотестирование, в отличие от биоиндикации, представляет собой характеристику воздействия на водные биоценозы. Методы биотестирования позволяют получить данные о токсичности конкретной пробы воды, загрязненной антропогенными или природными химическими веществами. В этом смысле методы биотестирования, будучи биологическими, близки к методам химического анализа вод. В то же время, в отличие от химических методов, биотестирование позволяет реально оценить интегральную токсичность, обусловленную присутствием комплекса загрязняющих воду химических веществ и их метаболитов.

Возможна определенная аналогия интегральной токсичности с такими показателями, как продуктивность водоема или с другими показателями, характеризующими наиболее общие для экосистемы параметры. Интегральная характеристика токсичности воды, так же, как и показатели продуктивности, определяет биологическую полноценность воды, т.е. ее важнейшее качество как среды обитания и наиболее массового пищевого продукта.

Интегральный показатель токсичности позволяет в некоторых случаях помимо общего неспецифического влияния на гидробионтов выделить некоторые специфические реакции на отдельные химические вещества или группы веществ. Так, например, ртуть, является сильным ингибитором клеточного деления у водорослей, что позволяет по изменению соответствующих морфологических показателей предположительно судить о наличии ртути в исследуемой пробе воды.

В отличие от биотестирования токсичности химических веществ, биотестирование природных вод представляет собой оценку токсичности водной среды неизвестного состава и имеет в связи с этим ряд особенностей. Однако даже если специалисту, проводящему исследования, известны источники загрязнения водного объекта, и он может предполагать, какие химические вещества могут присутствовать в пробе природной воды, результат биотестирования нельзя предсказать точно. Этот результат будет зависеть от ряда факторов:

• комбинированных эффектов воздействия комплекса присутствующих в воде химических веществ,

• температуры воды,

• скорости превращения и метаболизма химических соединений в конкретных водных экосистемах,

• гидрохимического режима и т.д.

Таким образом, только биотестирование проб воды может дать ответ о реальной токсичности пробы природной воды для гидробионтов и позволяет оценить степень опасности токсического загрязнения водной экосистемы.

Вы можете оставить свой комментарий только после авторизации.

90 000 Водные инвазивные виды представляют собой биологическое загрязнение, и однажды появившись, они остаются здесь навсегда 90 001

Рон Киннунен, Расширение Мичиганского государственного университета —

02 мая 2014 г.

Две маленькие неместные мидии нанесли серьезный экологический ущерб Великим озерам.

Мидии-зебры, прикрепленные к камню. Фото: Рон Киннунен, MSU Extension

Мичиганский морской грант и Расширение Мичиганского государственного университета провели в Бэй-колледже в Эсканабе программу, посвященную водным инвазивным видам в Великих озерах и их воздействию на окружающую среду. Лига женщин-избирательниц округа Дельта и Торговая палата округа Дельта спонсировали программу. Обе группы осознают важность этой темы, поскольку их береговая линия состоит из Малого и Большого заливов де Нок в северной части озера Мичиган, которое является престижным местом для любительского рыболовства.

Программа рассмотрела, как водные инвазивные виды являются биологическим загрязнителем, и, однажды установленные, они здесь навсегда. Они отличаются от химических загрязнений, которые обычно со временем устраняются. В Великих озерах была система и экологический барьер — Ниагарский водопад, — который не позволял рыбе проникать из Атлантического океана в озеро Эри и выше.

Когда Велландский канал был построен для судоходства, он открыл доступ к верховьям Великих озер. Вначале морская минога и алевка пришли из Атлантического океана. В последние годы трансокеанские суда завозили в Великие озера водные инвазивные виды с балластной водой. В настоящее время в Великих озерах прижилось более 180 неместных водных видов.

В ходе программы экологические изменения Великих озер, связанные с мидиями-зебрами и квагга, были приведены в качестве примера того, как два небольших организма могут разрушить несколько Великих озер. Эти мидии фильтруют большое количество воды, чтобы получить водоросли в качестве источника пищи. Это приводит к более чистой воде и концентрации питательных веществ на дне озер. Это обеспечивает отличные условия для роста нитчатых водорослей, которые в начале лета образуют большие маты на дне озера. Когда он умирает, он создает бескислородные условия на дне озера, и некоторые из них могут быть выброшены на берег, что выглядит как коричневая жижа.

Круглые бычки, водные инвазивные рыбы, питаются мидиями-зебрами и кваггами. Если это кормление происходит в условиях аноксии, может произойти рост ботулизма типа Е. По мере того, как они перемещаются по пищевой цепи, этот токсин также перемещается вверх по пищевой цепочке к кормлению водоплавающих птиц, которые, как известно, в некоторые годы в больших количествах умирают в северной части озера Мичиган.

Вторжение мидий-зебр и квагга в озера Гурон и Мичиган также привело к значительному сокращению дипореи, которая была основным источником пищи для озерного сига. Это пресноводное беспозвоночное было богатой энергией добычей, поскольку оно передавало омега-3 жирные кислоты вверх по пищевой цепочке. В результате озерный сиг теперь потребляет этих неместных мидий, в которых мало незаменимых жирных кислот. Несколько лет назад компания Michigan Sea Grant вместе с Университетом Пердью участвовала в исследовании сигов озера Мичиган, которое финансировалось Фондом рыболовства Великих озер.

Результаты этого исследования показали, что сиг из озера Мичиган содержит меньше омега-3 жирных кислот по сравнению с сигом из озера Верхнее, который все еще питается дипореей. Это связано с тем, что эти инвазивные мидии плохо выживают в Верхнем озере из-за низкого уровня кальция, необходимого им для строительства раковин.

Несмотря на то, что список других водных инвазивных видов, которые оказывают уникальное воздействие на экологию Великих озер, постоянно растет, мы надеемся, что теперь можно увидеть серьезное экологическое воздействие, которое две маленькие неместные мидии вызвали в Великих озерах. .

Эта статья была опубликована Мичиганского государственного университета Extension . Для получения дополнительной информации посетите https://extension.msu.edu. Чтобы получить сводку информации, доставленную прямо в ваш почтовый ящик, посетите https://extension.msu.edu/newsletters. Чтобы связаться с экспертом в вашем регионе, посетите https://extension. msu.edu/experts или позвоните по телефону 888-MSUE4MI (888-678-3464).

Была ли эта статья полезной для вас?

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 Инициативу открытых образовательных ресурсов ASCCC

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 ключом к проблемам 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 поврежденных водоемов
Полихлордифенилы (ПХД)	3 712
Патогены	2 248
Питательные вещества	2 228
Меркурий	2 138
Металлы (кроме ртути)	2 075
Причина неизвестна – нарушение биоты	1 852
Органическое обогащение/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 выражается в очень малых единицах, таких как части на миллион ( частей на миллион ) или даже части на миллиард ( частей на миллиард ). 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 90 019 эндокринных разрушителей 9.0020 . Многие относятся к стойким органическим загрязнителям (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 загрязнения органическими химическими веществами 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 контролем 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 ^— ), тяжелые металлы, хлорид (Cl ^—) и радиоактивные изотопы, выброшенные в результате горных работ или ядерных аварий (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 водным обитателям городских водоемов. 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, развиваются 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 ограничивающими 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, особенно азота (N) и фосфора (P), из антропогенных источников (в основном, сельскохозяйственных и городских стоков, включая удобрения, сточные воды и моющие средства на основе фосфора) могут вызывать 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 из Биология окружающей среды Мэтью Р. Фишера (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.