Чтение онлайн

В первую очередь тепловое загрязнение нарушает гидролого-экологическое состояние водной экосистемы. Сброс подогретых вод предприятий в водный объект изменяет тепловой баланс и нарушает основные химико-биологические процессы в экосистеме. Б'oльшая часть природной воды, забираемой из водного объекта, используется на ТЭС для охлаждения различных агрегатов, при этом она нагревается на 8–10 °С. После использования в технологической цепи вода хоть и возвращается в водный объект практически с тем же химическим составом, но со значительным снижением содержания растворенного в ней кислорода. Это в свою очередь приводит к изменению скоростей продукционно-деструкционных процессов, нарушению режима биогенных элементов (изменяется соотношение концентраций N- и P-содержащих соединений). Эти нарушения влекут за собой усиление развития процессов антропогенного эвтрофирования водной экосистемы (Никаноров, 2008).

Изменение температурного режима водного объекта способствует трансформации экосистемы в целом. При повышении температуры воды (являющейся средой обитания биоты) в экосистеме активизируются различные биохимические процессы, начинает усиливаться выработка первичной продукции и, как следствие, возрастает интенсивность фотосинтеза, бурно развиваются планктонные сообщества, увеличивается общая масса органического вещества. А при сильном тепловом загрязнении может проявляться одна из основных опасностей «теплых вод» – это усиление токсичного действия загрязняющих веществ и их метаболитов. В экосистеме быстрее происходит накопление токсичных металлов (Pb, Hg, Cd, Zn, Ni и др.) конечных звеньях трофических цепей (Никаноров и др., 2000). Таким образом, нарушаются естественные гидрохимические и биологические процессы, усиливается эвтрофирование водоемов и биотический круговорот веществ в них изменяется.

В нашей стране установлены предельные нормы повышения температуры водоемов в результате сброса теплых вод. Особенно это важно для водоемов рыбохозяйственного назначения. Эта температура не должна повышаться по сравнению с естественной температурой воды более чем на 5 °С, с общим повышением температуры не более чем до 20 °С летом и 5 °С зимой для водных объектов, где обитают холодолюбивые рыбы (лососевые и сиговые), и не более, чем до 28 °С летом и 8 °С зимой в остальных случаях (Методические указания … 2009).

Кроме названных основных источников поступления загрязняющих веществ в водные объекты, следует указать такие, как городские ливневые стоки, лесосплав, утечки и потери нефтепродуктов и химикатов при транспортировке, шахтные и рудничные воды и др.

Особо следует выделить радиоактивное загрязнение водных объектов. Радиоактивное загрязнение возникает вследствие внутриядерных процессов, оно не зависит от природных физикохимических условий и пока не устраняется на очистных сооружениях. Радиоактивное загрязнение может быть обусловлено поступлением в водную среду радиоактивных изотопов естественного или искусственного происхождения. Для водных экосистем наибольшую опасность представляют остатки деления тяжелых ядер, образующиеся при цепных реакциях в атомных реакторах или при ядерных взрывах. При расщеплении тяжелых ядер (235U, 233U, 239Pu и др.) образуется до 200 изотопов различных радиоактивных и нерадиоактивных элементов. Наиболее опасными являются долгоживущие изотопы, такие как 90Sr и 137Cs с периодами полураспада соответственно 29 лет и 33 года (Никаноров, 2008).

Радиоактивные элементы имеют способность адсорбироваться находящимися в воде взвешенными веществами, которые, оседая, вызывают радиоактивное загрязнение донных отложений.

Источниками радиоактивного загрязнения поверхностных вод естественными радионуклидами являются также отвалы горных пород на горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях. Причем радиоэкологическую опасность представляют не только предприятия по добыче и переработке радиоактивных материалов, но и предприятия добычи неурановых руд и ТЭС, работающие на угле. Уровни дозовых нагрузок от этих станций могут в десятки раз превышать уровни, создаваемые атомными станциями при их нормальной эксплуатации. Активность радионуклидных выбросов крупных электростанций, работающих на угле, составляет от 8 до 20 Кюри в сутки .

Радиоактивное загрязнение воды весьма опасно даже при очень малых концентрациях радиоактивных веществ. Наиболее вредные «долгоживущие» и подвижные в воде радиоактивные элементы (90Sr, U, 226Ra, Cs и др.) могут попадать в поверхностные водоемы при сбрасывании радиоактивных отходов в атмосферу, а в подземные воды – в результате просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами или в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами (Коробкин, Передельский, 2002).

Изменчивость химического состава воды любого водотока, водоема или отдельных участков водных объектов во времени обусловлена действием различных факторов (физических, химических, биологических и т.д.), физико-географическими условиями бассейна и антропогенным воздействием (зависит также от степени антропогенного воздействия на водный объект, в частности, от объема, химического состава, концентрации и частоты сброса загрязнителей, интенсивности обработки водосборной площади). Изменчивость проявляется в виде многолетних, сезонных и суточных колебаний концентрации компонентов химического состава и показателей физических свойств воды, уровня загрязненности воды, стока химических веществ, изменении процессов загрязнения и самоочищения водных объектов (Никаноров, 2008).

Химический состав природных вод – это сложный комплекс растворенных газов, органических и неорганических веществ, находящихся в ионной, молекулярной, коллоидной и взвешенной формах. В природных водах растворены почти все известные на земле химические элементы в виде простых и сложных ионов, комплексных соединений, растворенных или газообразных молекул, стабильных и радиоактивных изотопов (Никаноров, 2008). Химический состав водной среды играет существенную роль в жизни гидробионтов. Он влияет на рост, развитие, размножение гидробионтов, структуру, устойчивость, их продуктивность и т.д.

Химические параметры позволяют охарактеризовать качество вод, классифицировать их по минерализации, составу, оценить обеспеченность водных объектов питательными веществами, необходимыми для развития водной флоры и фауны; установить степень загрязненности воды (включая случаи резкого повышения при авариях); выявить источники загрязнения, определить соответствие воды требованиям конкретных водопользователей.

Содержание (концентрации) различных компонентов и химических веществ в природных водах позволяют оценить разнообразные методы химического анализа, такие как химические (весовые и объемные), электрохимические, спектрохимические и хроматографические. Это основные группы методов, которые будут рассмотрены ниже. Существуют также современные аналитические методы: методы элементного анализа (рентгеноспектральный анализ, рентгено-флуоресцентный, нейтронно-активационный анализ и др.), аналитическая атомная спектрометрия, капиллярный электрофорез, ядерный магнитный резонанс, электронный парамагнитный резонанс и другие.

В основе химических методов анализа лежит проведение химической реакции с образованием соединения (или продуктов реакции) постоянного состава с последующим количественным определением содержания образующихся продуктов реакции. В настоящее время это в основном методы объемного анализа. Распространенные ранее весовые методы из-за их трудоемкости и длительности используются изредка в качестве арбитражных, когда возникают разногласия, например, при определении сульфатов, высоких концентраций нефтепродуктов, жиров.

Методы объемного анализа предусматривают взаимодействие исследуемого компонента с реактивом, который добавляется в виде раствора определенной концентрации (титрующий раствор) до того момента, когда количество прибавленного реактива не станет эквивалентно количеству определяемого компонента в растворе. Этот процесс называется титрованием, а момент окончания титрования – точкой эквивалентности. Конец титрования обычно устанавливают по изменению цвета индикатора, то есть вещества, которое изменяет свою окраску при концентрациях реагирующих веществ, близких к точке эквивалентности. Индикатор и условия титрования выбирают так, чтобы точка титрования индикатора совпадала с точкой эквивалентности или была возможно ближе к ней (Никаноров, 2008; Харитонов и др., 2012).