В течение как минимум двух тысячелетий качество природной воды постепенно ухудшалось и достигло уровня загрязнения, при котором использование воды строго ограничено или вода может быть вредной для человека. Это ухудшение связано с социально-экономическим развитием речного бассейна, но атмосферный перенос загрязняющих веществ на большие расстояния в настоящее время изменил эту картину: даже отдаленные районы могут быть косвенно загрязнены (Meybeck and Helmer 1989).

Средневековые отчеты и жалобы на неадекватное удаление экскрементов, грязные и вонючие водотоки в перенаселенных городах и другие подобные проблемы были ранним проявлением загрязнения городских вод. Впервые четкая причинно-следственная связь между плохим качеством воды и воздействием на здоровье человека была установлена ​​в 1854 году, когда Джон Сноу проследил вспышку эпидемии холеры в Лондоне до конкретного источника питьевой воды.

С середины двадцатого века и одновременно с началом ускоренного промышленного роста в быстрой последовательности возникали различные типы проблем загрязнения воды. Рисунок 1 иллюстрирует типы проблем, которые проявляются в европейских пресных водах.

Рисунок 1. Типы проблем загрязнения воды

Подводя итог ситуации в Европе, можно констатировать, что: (1) проблемы прошлого (патогены, кислородный баланс, эвтрофикация, тяжелые металлы) были признаны, исследованы, и необходимые меры контроля определены и более или менее реализованы, и (2) вызовы современности носят различный характер — с одной стороны, «традиционные» точечные и неточечные источники загрязнения (нитраты) и проблемы повсеместного загрязнения окружающей среды (синтетическая органика), а с другой — проблемы «третьего поколения», мешающие с глобальными циклами (закисление, изменение климата). 

В прошлом загрязнение воды в развивающихся странах происходило главным образом из-за сброса неочищенных сточных вод. Сегодня это более сложно из-за производства опасных отходов в промышленности и быстро растущего использования пестицидов в сельском хозяйстве. На самом деле загрязнение воды сегодня в некоторых развивающихся странах, по крайней мере в новых индустриальных странах, хуже, чем в промышленно развитых странах (Arceivala 1989). К сожалению, развивающиеся страны в целом сильно отстают в установлении контроля над своими основными источниками загрязнения. Как следствие, качество их окружающей среды постепенно ухудшается (ВОЗ/ЮНЕП, 1991).

Виды и источники загрязнения

Существует большое количество микробных агентов, элементов и соединений, которые могут вызывать загрязнение воды. Их можно классифицировать как: микробиологические организмы, биоразлагаемые органические соединения, взвешенные вещества, нитраты, соли, тяжелые металлы, питательные вещества и органические микрозагрязнители.

Микробиологические организмы

Микробиологические организмы распространены в пресноводных водоемах, загрязненных, в частности, сбросами неочищенных бытовых сточных вод. Эти микробные агенты включают патогенные бактерии, вирусы, гельминты, простейшие и несколько более сложных многоклеточных организмов, которые могут вызывать желудочно-кишечные заболевания. Другие микроорганизмы носят более условно-патогенный характер, заражая восприимчивых людей при телесном контакте с зараженной водой или при вдыхании капель воды низкого качества в аэрозолях различного происхождения.

Биоразлагаемые органические соединения

Органические вещества как природного происхождения (аллохтонный наземный детрит или автохтонные остатки водных растений), так и антропогенного происхождения (бытовые, сельскохозяйственные и некоторые промышленные отходы) разлагаются аэробными микробами по мере течения реки. Следствием этого является снижение уровня кислорода ниже по течению от сброса сточных вод, что ухудшает качество воды и выживание водной биоты, особенно высококачественной рыбы.

Твердые частицы

Твердые частицы являются основным переносчиком органических и неорганических загрязнителей. Большинство токсичных тяжелых металлов, органических загрязнителей, патогенов и питательных веществ, таких как фосфор, находятся во взвешенных веществах. Заметное количество биоразлагаемого органического материала, отвечающего за потребление растворенного кислорода из рек, также содержится во взвешенных частицах. Твердые частицы образуются в результате урбанизации и строительства дорог, вырубки лесов, добычи полезных ископаемых, дноуглубительных работ в реках, природных источников, связанных с континентальной эрозией, или стихийных бедствий. Более крупные частицы оседают на руслах рек, в водохранилищах, в поймах, в заболоченных местах и ​​озерах.

Нитраты

Концентрация нитратов в незагрязненных поверхностных водах колеблется от менее 0.1 до одного миллиграмма на литр (в пересчете на азот), поэтому уровни нитратов, превышающие 1 мг/л, указывают на антропогенное воздействие, такое как сброс бытовых отходов, городских и сельскохозяйственных стоков. . Атмосферные осадки также являются важным источником поступления нитратов и аммиака в речные бассейны, особенно в районах, не затронутых прямыми источниками загрязнения, например в некоторых тропических районах. Высокие концентрации нитратов в питьевой воде могут привести к острой токсичности у детей, находящихся на искусственном вскармливании, в первые месяцы жизни или у пожилых людей, явление, называемое метгемоглобинемией.

Соли

Засоление вод может быть вызвано природными условиями, такими как геохимическое взаимодействие вод с засоленными почвами или антропогенной деятельностью, в том числе орошаемым земледелием, проникновением морских вод из-за избыточной откачки грунтовых вод на островах и в прибрежных районах, сбросом промышленных отходов и нефтепромысловых рассолов. , защита от обледенения автомагистралей, фильтраты из свалок и протекающие канализации.

Препятствуя полезному использованию, особенно для орошения чувствительных культур или для питья, засоление само по себе, даже при довольно высоких уровнях, может не наносить прямого вреда здоровью, но косвенные последствия могут быть значительными. Потеря плодородных сельскохозяйственных угодий и снижение урожайности, вызванное заболачиванием и засолением почв орошаемых земель, разрушают средства к существованию целых общин и вызывают трудности в виде нехватки продовольствия.

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы, такие как свинец, кадмий и ртуть, являются микрозагрязнителями и представляют особый интерес, поскольку они имеют значение для здоровья и окружающей среды из-за их стойкости, высокой токсичности и характеристик биоаккумуляции.

Существует пять основных источников загрязнения воды тяжелыми металлами: геологическое выветривание, обеспечивающее фоновый уровень; промышленная переработка руд и металлов; использование металлов и соединений металлов, таких как соли хрома в кожевенных заводах, соединений меди в сельском хозяйстве и тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в бензине; выщелачивание тяжелых металлов из бытовых отходов и свалок твердых бытовых отходов; и тяжелые металлы в экскрементах человека и животных, особенно цинк. Металлы, выбрасываемые в воздух автомобилями, сжиганием топлива и промышленными выбросами, могут оседать на суше и в конечном итоге стекать в поверхностные воды.

Питательные вещества

эвтрофикации определяется как обогащение вод питательными веществами для растений, в первую очередь фосфором и азотом, что приводит к усилению роста растений (как водорослей, так и макрофитов), что приводит к видимому цветению водорослей, плавающим матам из водорослей или макрофитов, донным водорослям и подводным скоплениям макрофитов. При разложении это растительное сырье приводит к истощению запасов кислорода водоемов, что, в свою очередь, вызывает массу вторичных проблем, таких как гибель рыб и выделение агрессивных газов и других нежелательных веществ, таких как углекислый газ, метан, сероводород, органолептические вещества (придающие вкус и запах), токсины и т.д.

Источником соединений фосфора и азота в основном являются неочищенные бытовые сточные воды, но и другие источники, такие как дренаж искусственно удобряемых сельскохозяйственных угодий, поверхностный сток от интенсивного животноводства и некоторые промышленные сточные воды, также могут существенно повышать трофический уровень озер и водохранилищ, особенно в тропических развивающихся странах.

Основными проблемами, связанными с эвтрофикацией озер, водохранилищ и водохранилищ, являются: обеднение кислородом придонного слоя озер и водохранилищ; ухудшение качества воды, приводящее к затруднениям в ее очистке, особенно при удалении веществ, вызывающих привкус и запах; ухудшение рекреационных возможностей, повышенная опасность для здоровья купающихся и неприглядность; ухудшение рыболовства из-за падежа рыбы и образования нежелательных и некачественных рыбных запасов; старение и снижение вместимости озер и водохранилищ заилением; и увеличение проблем с коррозией в трубах и других конструкциях.

Органические микрозагрязнители

Органические микрозагрязнители можно разделить на группы химических продуктов на основе того, как они используются и, следовательно, как они распространяются в окружающей среде:

• Пестициды вещества, обычно синтетические, которые преднамеренно вносятся в окружающую среду для защиты сельскохозяйственных культур или борьбы с переносчиками болезней. Они встречаются в различных различных семействах, таких как хлоридорганические инсектициды, фосфорорганические инсектициды, гербициды гормонального типа, триазины, замещенные мочевины и другие.

• Материалы широкого бытового и промышленного назначения включают летучие органические вещества, используемые в качестве экстракционных растворителей, растворителей для обезжиривания металлов и химической чистки одежды, а также пропеллентов для использования в аэрозольных баллончиках. В эту группу также входят галогенпроизводные метана, этана и этилена. Поскольку они широко используются, скорость их рассеивания в окружающей среде по сравнению с производимыми количествами, как правило, высока. В эту группу также входят полициклические ароматические углеводороды, присутствие которых в окружающей среде является результатом добычи, транспортировки и переработки нефтепродуктов, а также рассеивания продуктов сгорания в результате их использования (бензин и печное топливо).

• Материалы, используемые в основном в промышленности включают вещества, являющиеся прямыми или промежуточными агентами химического синтеза, такие как четыреххлористый углерод для синтеза фреонов; винилхлорид для полимеризации ПВХ; и хлорпроизводные бензола, нафталина, фенола и анилина для производства красителей. Группа также содержит готовые продукты, используемые в закрытых системах, такие как теплообменные жидкости и диэлектрики.

Органические микрозагрязнители образуются из точечных и диффузных источников, как городских, так и сельских. Большая часть приходится на основные виды промышленной деятельности, такие как переработка нефти, добыча угля, органический синтез и производство синтетических продуктов, металлургическая, текстильная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Сточные воды заводов по производству пестицидов могут содержать значительное количество этих промышленных продуктов. Значительная часть органических загрязнителей попадает в водную среду в виде стоков с городских поверхностей; а в сельскохозяйственных районах пестициды, применяемые для обработки сельскохозяйственных культур, могут попадать в поверхностные воды через дождевые стоки и искусственный или естественный дренаж. Также аварийные сбросы привели к серьезному экологическому ущербу и временному прекращению подачи воды.

Городское загрязнение

В связи с этим постоянно расширяющимся, агрессивным и многогранным сценарием загрязнения остро встала проблема поддержания качества водных ресурсов, особенно в более урбанизированных районах развивающегося мира. Поддержанию качества воды препятствуют два фактора: отсутствие контроля за загрязнением в основных источниках, особенно в промышленности, и неадекватность систем санитарии и сбора и удаления мусора (ВОЗ, 1992b). См. несколько примеров загрязнения воды в разных городах развивающихся стран.

Примеры загрязнения воды в отдельных городах

Карачи (Пакистан)

Река Лиари, протекающая через Карачи, крупнейший промышленный город Пакистана, представляет собой открытый водосток как с химической, так и с микробиологической точки зрения, представляет собой смесь неочищенных сточных вод и неочищенных промышленных стоков. Большинство промышленных стоков поступает из промышленной зоны, в которой насчитывается около 300 крупных предприятий и почти в три раза больше мелких предприятий. Три пятых единиц составляют текстильные фабрики. Большинство других предприятий Карачи также сбрасывают неочищенные стоки в ближайший водоем.

Александрия, Египет)

На предприятия Александрии приходится около 40% всей промышленной продукции Египта, и большинство из них сбрасывают неочищенные жидкие отходы в море или в озеро Марьют. За последнее десятилетие производство рыбы в озере Марют сократилось примерно на 80% из-за прямого сброса промышленных и бытовых стоков. Озеро также перестало быть основным местом отдыха из-за его плохого состояния. Аналогичная деградация окружающей среды происходит вдоль побережья в результате сброса неочищенных сточных вод из неудачно расположенных водостоков.

Шанхай, Китай)

Около 3.4 миллиона кубометров промышленных и бытовых отходов в основном сбрасываются в ручей Сучжоу и реку Хуанпу, протекающую через центр города. Они стали основными (открытыми) коллекторами города. Большая часть отходов промышленного происхождения, поскольку туалеты со смывом есть лишь в немногих домах. Хуанпу практически замер с 1980 года. Всего очищается менее 5% городских сточных вод. Обычно высокий уровень грунтовых вод также означает, что различные токсины с промышленных предприятий и местных рек попадают в грунтовые воды и загрязняют колодцы, что также способствует городскому водоснабжению.

Сан-Паулу (Бразилия)

Река Тиете, протекающая через Большой Сан-Паулу, одну из крупнейших в мире городских агломераций, ежедневно получает 300 тонн сточных вод от 1,200 предприятий, расположенных в регионе. Свинец, кадмий и другие тяжелые металлы входят в число основных загрязнителей. Он также получает 900 тонн сточных вод каждый день, из которых только 12.5% очищаются пятью станциями очистки сточных вод, расположенными в этом районе.

Источник: на основе данных Хардоя и Саттертуэйта, 1989 г.

Воздействие микробного загрязнения на здоровье

Заболевания, возникающие в результате попадания патогенов в загрязненную воду, оказывают наибольшее влияние во всем мире. «По оценкам, 80% всех заболеваний и более одной трети смертей в развивающихся странах вызваны потреблением загрязненной воды, и в среднем до одной десятой продуктивного времени каждого человека приходится на болезни, связанные с водой». (ЮНСЕД 1992). Заболевания, передающиеся через воду, являются крупнейшей отдельной категорией инфекционных заболеваний, вызывающих младенческую смертность в развивающихся странах, и уступают только туберкулезу по смертности среди взрослых, от которой умирает один миллион человек в год.

Общее годовое число случаев холеры, о которых сообщили ВОЗ ее государства-члены, достигло беспрецедентного уровня во время седьмой пандемии, с пиком в 595,000 1991 случаев в 1993 г. (ВОЗ, 1 г.). В таблице XNUMX показаны глобальные показатели заболеваемости и смертности от основных заболеваний, связанных с водой. Эти цифры во многих случаях сильно занижены, поскольку отчетность о случаях заболевания во многих странах ведется довольно беспорядочно.

Таблица 1. Глобальные показатели заболеваемости и смертности от основных заболеваний, связанных с водой

Источник: Галал-Горчев 1994.

Воздействие химического загрязнения на здоровье

Проблемы со здоровьем, связанные с химическими веществами, растворенными в воде, возникают в первую очередь из-за их способности вызывать неблагоприятные последствия после длительного воздействия; особую озабоченность вызывают загрязняющие вещества, обладающие кумулятивными токсическими свойствами, такие как тяжелые металлы и некоторые органические микрозагрязнители, вещества, обладающие канцерогенным действием, и вещества, которые могут оказывать воздействие на репродуктивную функцию и развитие. Другие растворенные в воде вещества являются важными компонентами рациона питания, а третьи нейтральны по отношению к потребностям человека. Химические вещества в воде, особенно в питьевой воде, можно разделить на три типичные категории с точки зрения воздействия на здоровье (Галал-Горчев, 1986):

• Вещества, оказывающие острую или хроническую токсичность при употреблении. Тяжесть нарушений здоровья нарастает с увеличением их концентрации в питьевой воде. С другой стороны, при концентрации ниже определенного порога не может наблюдаться никаких последствий для здоровья, то есть метаболизм человека может справиться с этим воздействием без измеримых долгосрочных последствий. В эту категорию попадают различные металлы, нитраты, цианиды и т.д.

• Генотоксические вещества, которые вызывают такие последствия для здоровья, как канцерогенность, мутагенность и врожденные дефекты. Согласно современному научному мышлению не существует порогового уровня, который можно было бы считать безопасным, поскольку любое количество проглоченного вещества способствует увеличению риска рака и подобных рисков. Для определения таких рисков используются сложные модели математической экстраполяции, поскольку эпидемиологических данных очень мало. К этой категории относятся синтетические органические вещества, многие хлорорганические микрозагрязнители, некоторые пестициды и мышьяк.

• Для некоторых элементов, таких как фторид, йод и селен, вклад питьевой воды имеет решающее значение и в случае его дефицита вызывает более или менее серьезные последствия для здоровья. Однако при высоких концентрациях эти же вещества вызывают такие же тяжелые последствия для здоровья, но другой природы.

Воздействие на окружающую среду

Воздействия загрязнения окружающей среды на качество пресной воды многочисленны и существуют уже давно. Промышленное развитие, появление интенсивного сельского хозяйства, экспоненциальное развитие населения, а также производство и использование десятков тысяч синтетических химических веществ являются одними из основных причин ухудшения качества воды на местном, национальном и глобальном уровнях. Основной проблемой загрязнения воды является вмешательство в фактическое или планируемое водопользование.

Одной из наиболее серьезных и распространенных причин деградации окружающей среды является сброс органических отходов в водотоки (см. выше раздел «Биоразлагаемые органические соединения»). Это загрязнение в основном вызывает озабоченность в водной среде, где многие организмы, например рыбы, нуждаются в высоком уровне кислорода. Серьезным побочным эффектом водной аноксии является выброс токсичных веществ из взвесей и донных отложений в реках и озерах. Другие эффекты загрязнения от сброса бытовых сточных вод в водотоки и водоносные горизонты включают повышение уровня нитратов в реках и грунтовых водах, а также эвтрофикацию озер и водохранилищ (см. выше «Нитраты» и «Соли»). В обоих случаях загрязнение представляет собой синергетический эффект сточных вод и сельскохозяйственных стоков или инфильтрации.

Экономические последствия

Экономические последствия загрязнения воды могут быть весьма серьезными из-за пагубного воздействия на здоровье человека или окружающую среду. Ухудшение здоровья часто снижает продуктивность человека, а деградация окружающей среды снижает продуктивность водных ресурсов, непосредственно используемых людьми.

Экономическое бремя болезни может быть выражено не только в затратах на лечение, но и в количественном выражении потери производительности. Это особенно верно в отношении болезней, приводящих к инвалидности, таких как диарея или дракункулез. В Индии, например, около 73 миллионов рабочих дней в год теряется из-за болезней, связанных с водой (Arceivala 1989).

Недостатки санитарии и возникающие в результате эпидемии также могут привести к серьезным экономическим санкциям. Это стало наиболее очевидным во время недавней эпидемии холеры в Латинской Америке. Во время эпидемии холеры в Перу потери от сокращения экспорта сельскохозяйственной продукции и туризма оценивались в один миллиард долларов США. Это более чем в три раза превышает сумму, которую страна инвестировала в водоснабжение и водоотведение в 1980-х годах (Всемирный банк, 1992 г.).

Водные ресурсы, подвергшиеся загрязнению, становятся менее пригодными в качестве источников воды для коммунально-бытового водоснабжения. Как следствие, необходимо установить дорогостоящую очистку или поставлять в город чистую воду издалека по гораздо более высоким ценам.

В развивающихся странах Азии и Тихого океана экологический ущерб, по оценке Экономической и социальной комиссии для Азии и Тихого океана (ЭСКАТО) в 1985 году, составил около 3% ВНП, что составляет 250 миллиардов долларов США, в то время как стоимость ремонта таких урон будет составлять около 1%.

Назад