Загрязнение подземных вод и зоны санитарной охраны

В России охрана подземных вод является вопросом государ­ственной важности и закреплена рядом законов (Водным кодексом Российской Федерации; Федеральным законом от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» и др.). Для охраны пре­сных подземных вод выделяются особые участки — зоны сани­тарной охраны, на территории которых устанавливается строгий санитарно-эпидемиологический контроль и осуществляются меро­приятия по охране вод, водозабора и водопроводных сооружений от загрязнения и засорения (СанПиН 2.1.4.027—95 «Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения», утвержденный постановлением Госкомсанэпиднад- зора России от 10 апреля 1995 г. № 7).

Загрязнение вод — это изменение качества воды в результате поступления в водный объект загрязняющих воду веществ или энергии. Засорением вод называется накопление в водных объек­тах посторонних предметов, чрезмерное развитие отдельных форм гидробионтов, в результате которого нарушаются нормы охраны вод (ГОСТ 2874—82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством»; СанПиН 2.1.4.559—96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных сис­тем питьевого водоснабжения. Контроль качества»).

Загрязнение подземных вод — это изменение физических, хи­мических и биологических свойств воды, ограничивающих или ис­ключающих ее использование в различных направлениях, где она обычно играет существенную роль. Загрязняющие вещества, содер­жащиеся в отходах, образованных в результате деятельности чело­века, проникают в подземные воды и могут вызвать химическое, агрохимическое, бактериальное, радиоактивное и тепловое загряз­нение.

Химическое загрязнение подземных вод.

Это загрязнение наи­более распространено, так как его вызывает наибольшее число за­грязняющих веществ. Химическое загрязнение проявляется в виде увеличения по сравнению с фоновой минерализации подземных вод, концентраций выше фоновых различных компонентов хими­ческого состава подземных вод (макро- и микрокомпонентов), по­явления химических элементов и синтетических веществ, не харак­терных для природного состава подземных вод. В подземных водах при этом не только не увеличивается минерализация (в случае по­явления микрокомпонентов минерализация может не увеличи­ваться, а загрязнение присутствовать), но и могут появиться интен­сивная окраска, запах, повыситься температура.

Химическое загрязнение является стойким, сохраняется в те­чение длительного времени и распространяется на большие рассто­яния по водоносным горизонтам. Наиболее распространенными типами химического загрязнения подземных вод являются загряз­нение макрокомпонентами, нефтепродуктами, тяжелыми метал­лами, нитратами и пестицидами. Загрязнение подземных вод мак­рокомпонентами вызывается различными отходами промышлен­ности, природными некондиционными водами, рудничными и шахтными водами, высокоминерализованными водами глубоких горизонтов, извлекаемыми на поверхность.

Сточные воды промышленных и сельскохозяйственных пред­приятий и высокоминерализованные природные воды (рассолы и морские воды) имеют обычно большую плотность, чем пресные. Попадая в водоносные горизонты, они опускаются к подошве пласта, изменяя тем самым природную геохимическую зональность водоносных горизонтов.

Макрокомпоненты практически не сорбируются или слабо сор­бируются породами и поэтому переносятся с потоком подземных вод на большие расстояния по водоносным горизонтам, образуя большие площади загрязнения подземных вод.

Загрязнение подземных вод нефтью и нефтепродуктами проис­ходит в результате всех видов производственной деятельности чело­века. Нефть как флюид значительно отличается по своим свойствам от воды. Большинство нефтяных углеводородов обладает меньшей плотностью, чем вода. Сама нефть и нефтепродукты представляют собой смесь углеводородов, которые отличаются различной раство­римостью в воде, в целом слабой. Поэтому нефть и вода рассматри­ваются как практически нерастворимые и несмешивающиеся жид­кости; нефтепродукты обычно располагаются в верхней части водо­носных горизонтов.

В случае загрязнения подземных вод нефтепродуктами на их по­верхности формируется линзы, которые состоят из однофазной жидкости — углеводородов, мощность которых зависит от коли­чества проникших в водоносный горизонт нефтепродуктов и может изменяться от нескольких сантиметров до нескольких метров. Ниже однофазного слоя залегает слой, содержащий двухфазную смесь в виде эмульсии, а наиболее растворимые углеводороды (в основном ароматические) образуют с водой раствор.

В результате нефтяного загрязнения подземных вод образуется стратифицированный разрез водоносного горизонта, в верхних слоях которого залегает собственно нефть, в средних — двухфазная смесь, а в нижних — раствор нефтепродуктов в воде. Площади, за­нятые эмульгированными и растворимыми в воде углеводородами, в несколько раз больше площади, занимаемой нефтяной линзой. Характерными признаками нефтяного загрязнения подземных вод являются специфический запах нефти и нефтепродуктов и наличие на поверхности воды нефтяной пленки. В водоносных горизонтах происходит разрушение нефти и нефтепродуктов под влиянием биогенного разложения и химического окисления, при этом обра­зуются нафтеновые кислоты, фенолы, эфиры, карбонильные со­единения, которые обладают высокой растворимостью, что спо­собствует изменению состава растворимой части нефтепродуктов во времени. Тяжелые металлы попадают в водные объекты в виде аэрозолей вследствие деятельности вулканов и выветривания с по­верхности суши и океанов, а также вследствие водной эрозии и многообразных форм антропогенной деятельности.

В отходах различных промышленных производств, выбросах ав­тотранспорта, используемых в сельском хозяйстве ядохимикатах и других продуктах содержатся разнообразные металлы: свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, сурьма, олово, висмут, ртуть. Особенно много тяжелых металлов содержится в отходах пред­приятий цветной металлургии; здесь их содержание может превы­шать фоновые концентрации в сотни и тысячи раз.

В настоящее время тяжелые металлы вышли на одно из первых мест среди загрязняющих окружающую среду веществ, причем ан­тропогенная составляющая по некоторым из них намного превы­шает природную составляющую.

Агрохимическое загрязнение подземных вод

Агрохимическое загрязнение подземных вод (загрязнение под­земных вод нитратами). Оно связано преимущественно с сельско­хозяйственной деятельностью; меньшее влияние на подземные воды оказывают промышленные и коммунальные отходы. Ос­новным источником загрязнения подземных вод являются удоб­рения и отходы крупных животноводческих комплексов.

Нитратное загрязнение подземных вод встречается в основном в трех формах — аммонийное, нитритное и нитратное. Нитратный азот является конечным продуктом в цепочке преобразований азота при его окислении:

аммонийный азот → нитритный азот → нитратный азот.

Процесс нитрификации азота (последовательного перехода форм азота) продолжается от 1 до 1,5 мес. В зависимости от гидро­геохимической обстановки и температуры водоносного горизонта он может замедляться или ускоряться. Для азота характерны и об­ратные процессы — денитрификации, в результате которых нит­ратный азот восстанавливается до нитритного и аммонийного. Процессы денитрификации в восстановительной обстановке в во­доносных горизонтах замедляются или прекращаются, что способ­ствует сохранению аммонийного азота длительное время без пере­хода его в нитратный.

Аммонийный азот и нитритный азот являются промежуточ­ными, неустойчивыми формами и в конечном итоге они переходят в более устойчивую нитратную форму; в подземных водах накапли­вается азот именно этой формы. Нитраты хорошо растворяются в воде, практически не сорбируются водовмещающими породами, что способствует их миграции на большие расстояния по водо­носным горизонтам, а также распространению в более глубоко за­легающие водоносные горизонты.

Загрязнение подземных вод пестицидами.

Под названием пести­циды объединены все химические средства защиты растений. В зависимости от назначения различают гербициды (для борьбы с сорными растениями), инсектициды (для борьбы с насекомыми), фунгициды (для борьбы с грибками). По химическому составу пес­тициды подразделяются на хлорорганические (ДДТ, ГХЦГ, линдан, гептахлор, дихлорэтан, хлорпикрин и др.), фосфаторганические (дихлофос, метафос, карбофос, фосфамид, хлорофос и др.), ртуть-органические (гранозан, меркуран, родосан и др.), мышьяксодер­жащие (арсенат натрия, арсенат кальция), карбаматы (цирам, ци- неб, ацилат, севин, ялан, карбин и др.), производные мочевины (монурон, линурон, которан, диурон).

Пестициды со времени подвергаются процессам распада (де­струкции). Это явление отражает стойкость пестицидов. Пести­циды являются биологически активными токсичными веществами, многие из них метаморфизуются в промежуточные соединения (метаболиты), в некоторых случаях даже в более токсичные, чем ис­ходные вещества. Пестициды плохо растворимы в воде. Для практи­ческих целей пестициды используются в виде растворов и эмульсий, порошков и аэрозолей. Они вносятся в почву, распыляются с само­летов, ими опрыскивают растения.

Бактериальное загрязнение подземных вод.

В коммунальных и сельскохозяйственных отходах содержатся различные микроорга­низмы, которые при попадании в водоносные горизонты изменяют биологические свойства и ухудшают санитарное состояние вод. Показателем бактериального, или микробного, загрязнения под­земных вод является наличие повышенных по сравнению с при­родными фоновыми концентраций патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов. К санитарно-показательным мик­роорганизмам относятся бактерии группы кишечной палочки, энтерококки. Патогенными, или болезнетворными, микроорганиз­мами называются бактерии, вызывающие проявления инфекцион­ных заболеваний. К патогенным микроорганизмам относятся энте­робактерии (шигеллы и сальмонеллы), бактериофаг Е, этеровирусы (вирус полиомиелита). Особое значение для характеристики мик­робиологического состояния воды имеют бактерии группы кишеч­ной палочки.

Безопасность питьевой воды в эпидемиологическом отношении определяется ее соответствием нормативам по микробиологи­ческим и паразитологическим показателям. Бактериальное загряз­нение является лишь частью общего биологического загрязнения, которое кроме бактерий может вызываться водорослями, вирусами и другими представителями микрофлоры и микрофауны. Особен­ностью бактериального загрязнения является ограниченность его распространения внутри водоносного горизонта. Это обусловлено сравнительно небольшим временем выживаемости бактерий в под­земных водах. Согласно отечественным и зарубежным публика­циям это время составляет 30—400 сут, что и обусловливает времен­ность и локальность бактериального загрязнения подземных вод.

Радиоактивное загрязнение подземных вод.

Оно является след­ствием выбросов в атмосферу и на поверхность Земли радионук­лидов в результате ядерных взрывов, а также нештатной работы атомных станций или со сточными водами предприятий, добы­вающих или использующих радиоактивные вещества в научных, лечебных и производственных целях, а также в результате аварий на объектах атомной промышленности и энергетики. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран-235, радий-226, цезий-137 и др.).

Подземные воды относятся к загрязненным водам, если кон­центрации радионуклидов превышают их фоновые значения (сфор­мированные после первых испытаний ядерного оружия), а степень их загрязнения определяется по соотношению фоновых и наблю­даемых концентраций. Например, авария на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) показала, что подземные воды чувствительны к радиоак­тивному загрязнению.

Тепловое загрязнение подземных вод.

Тепловое загрязнение под­земных вод проявляется в виде повышения их температуры по срав­нению с фоновыми значениями. Тепловое загрязнение формиру­ется обычно в районах расположения крупных промышленных предприятий, главным образом предприятий энергетического комплекса (тепловые, атомные электростанции), а также на терри­ториях городов за счет сброса на поверхность земли нагретых про­мышленных и коммунальных сточных вод.

Тепловое загрязнение чаще всего встречается в подземных водах за счет инфильтрации с поверхности земли сточных вод, а в глу­боких водоносных горизонтах вследствие закачки в них теплых сточных вод из различных приемников отходов. Как правило, теп­ловое загрязнение характеризуется повышением температуры под­земных вод на 5—10°С и более. Повышение температуры вызывает изменение газового и химического состава подземных вод, раство­рение или осаждение различных химических веществ, нарушение гидрогеохимического равновесия в системе «порода-вода», раз­витие микрофлоры и микрофауны, что приводит к «цветению» воды.

С увеличением температуры воды увеличивается и ее растворя­ющая способность, что приводит к интенсификации карстово-суффозионных процессов. Изменение температуры влияет на усиление токсичности загрязняющих веществ, содержащихся в подземных водах. Тепловое загрязнение в совокупности с химическим вызы­вает наиболее негативные изменения состава подземных вод.

Для сохранения природного состава и качества подземных вод следует защищать от загрязнения всю область питания и площадь распространения эксплуатируемого водоносного горизонта. На ре­шение именно этой задачи направлены законы об охране при­родных вод. Однако первоочередная и наиболее строгая охрана не­обходима непосредственно на участках использования подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения, так как загряз­нение вблизи водозабора может быстро сказаться на качестве отби­раемой воды, нарушить условия водоснабжения и вызвать другие нежелательные последствия. Поэтому вокруг водозабора — источ­ника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения создается зона санитарной охраны (ЗСО), которая обеспечивается в соответствии с СанПиН 2.1.4.027—95 «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопровода хозяйственно-питьевого назначения» .

В составе ЗСО водозаборов подземных вод выделяют три пояса: первый — пояс строгого режима и два пояса ограничений: второй и третий. Границы ЗСО и составляющих ее поясов устанавливают применительно к конкретной производительности и схеме водоза­бора с учетом развития системы водоснабжения на перспективу. Кроме того, учитывают гидрогеологические, гидрохимические и местные санитарные условия.