Характеристика загрязнения водной среды

2.3.4.1. Поверхностные воды

Охрана чистоты поверхностных вод - важнейшая задача, современности. Подмосковье является регионом с развитой промышленностью. Поэтому воды Московской области испытывают сильную антропогенную нагрузку.

Качество воды поверхностных водоемов можно определить состоянием их гидрологического режима и содержанием загрязняющих веществ. Водность рек Московского региона по статистическим данным за последние два года оказалась ниже норм на 10-30%. Снижение водности малых рек происходит за счет понижения уровня грунтовых вод, сокращения выпавших осадков, вырубки лесов и осушения болот.

Санитарное состояние территорий, прилегающих к урезу воды (свалки бытового мусора, металлолома, разливы нефтепродуктов) во время талого и дождевого паводков активно влияют на загрязнение водоемов города Дубны.

Город Дубна расположен на пяти крупных водных объектах: р. Волга, р. Дубна, р. Сестра, Иваньковское водохранилище, канал имени Москвы, имеющие судоходное, рыбохозяйственное, хозяйственно-питьевое и культурно-бытовое значение. Кроме того, в городе имеется ряд озер. Качественная характеристика воды открытых водоемов (осредненные показатели за 2001-2003 гг.) представлена в таблицах 2.5, 2.6 (данные лабораторного контроля ДГЦСЭН, Аналитической лаборатории университета «Дубна», МУП «ПТО ГХ»), расположение точек контроля представлено на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7. Расположение точек контроля поверхностных вод различных организаций г. Дубны

Таблица 2.5. Характеристика рек и дренажных канав г. Дубны по данным химического анализа различных организаций

Таблица 2.6.

Среди водоемов города наиболее изученными являются Иваньковское водохранилище и река Волга.

Иваньковский (приплотинный) плес Иваньковского водохранилища, на левом берегу которого расположен город Дубна, наиболее глубоководная и обширная часть водоема с глубинами до 19 м и шириной 8 км. Площадь водного зеркала плеса водохранилища при полном заполнении достигает 141 км кв. или 43% от всей площади водоема.

Качество воды плеса в значительной мере определяется составом воды весеннего половодья, составом и объемом сточных вод г. Твери и протекающими внутри водоема процессами.

Минерализация вод плеса во все сезоны года ниже, чем в верхней части водоема и изменяется в среднем от 160 мг/л в весенний период до 375 мг/л в зимний.

Прозрачность воды в безледный период обычно не превышает в среднем 120 см по диску Секки. Наиболее низкие значения, до 80 см, наблюдаются летом, когда водохранилище «цветет». Понижение прозрачности может вызываться также частым взмучиванием донных отложений при ветровых волнениях.

Вода приплотинного плеса, как и другие участки водохранилища, имеет высокую цветность, т.к. для весеннего поверхностного стока, в значительной мере определяющего химический состав воды плеса, формирующегося в лесной зоне с преобладанием заболоченных почв, характерно высокое содержание окрашенного органического вещества. Наиболее высокие значения цветности, до 130 градусов по платиново-кобальтовой шкале цветности, как правило, наблюдается в конце весеннего периода. Зимой в последние годы цветность воды плеса достигает 70-80 градусов, тогда как в 80-е. годы она не превышала 30 градусов. ПДК для цветности для водоемов хозяйственно-питьевого водоснабжения, каковым является Иваньковское водохранилище, не должно превышать 35 градусов по платиново-кобальтовой шкале.

Содержание органического вещества в воде плеса может быть оценено по величине перманганатной окисляемости (ПО), так как водоем относится к природным источникам питьевого водоснабжения, и биохимическому потреблению кислорода (БПК₅).

В соответствии с особенностями формирования поверхностного стока в регионе и наполнением водохранилища ПО в воде плеса достигает высоких значений: зимой — до 10 мгОг/л, весной — 13-18 мгОг/л, летом 11-12 мгОг/л и осенью — 12-14 мг Ог/л.

поверхности и выщелачивают из почв различные растворимые органические вещества. Высокие значения ПО в летний период связаны с развитием и отмиранием водной растительности и фитопланктона.

Значения БПК5, используемого для оценки степени загрязненности водного объекта и содержания легкоокисляющегося органического вещества, для водоемов рыбохозяйственного значения, не должно превышать 2,0 мг Ог/л.

В 70-е годы в Иваньковском плесе не наблюдалось превышения ПДК для БПК5, чего нельзя сказать о конце 90-х. В настоящее время зимой значения БПК5 могут колебаться в интервале от 1,8 до 4,2 мгОг/л, весной — от 3,9 до 6,2 мгО2/л, летом — от 3,4 до 4,6 мгОг/л и осенью — от 1,5 до 2,0 мгС^/л. Увеличение значений БПК5 свидетельствует об ухудшении качества воды плеса в последние годы.

Соединения азота и фосфора поступают в водоем со сточными водами г. Твери и во время весеннего половодья.

Основная форма азота в водохранилище — азот органических соединений. Весной он составляет около половйны общего азота, в среднем 0,72 мг/л. Летом содержание органического азота вырастает до 70-80%. Осенью его содержание снижается вдвое, достигая своих минимальных значений в зимний период.

Из минеральных форм азота весной в воде плеса преобладают нитраты: в среднем около 70% от суммы минеральных форм, что объясняется высокой сельскохозяйственной освоенностью водосбора и применением минеральных удобрений. Хотя в последние годы количество вносимых в почву удобрений на водосборе Иваньковского водохранилища снизилось в 10-15 раз, концентрации нитратного азота в воде не снижаются, и могут превышать в период половодья 2,0 MrN/л.

Концентрации аммонийного азота в среднем по водохранилищу в весенний период составляли 0,1-0,3 мг/л. В настоящее время они возросли, и часто достигают величины 0,4 мг N/л.

На порядок возросли концентрации нитритного азота по сравнению с 70-ми годами. Летом содержание нитритного азота снижается в несколько раз. В отношении азота аммонийного изменения не существенны. Осенью количество минерального азота возрастает до 43% от общего. Зимой его содержание продолжает увеличиваться до 80% от общего азота.

Соединения фосфора интенсивно поступают в водоемы с промышленными и бытовыми сточными водами и в результате смыва удобрений с сельскохозяйственных

полей. Концентрации минерального азота в воде плеса изменяются в различные сезоны от 0,008 до 0,070 мгР/л.

Концентрации хлорид- и сульфат-ионов мало изменяются по сезонам года и не превышают соответственно 12 мг/л и 30 мг/л.

Для Иваньковского плеса характерна недосыщенность воды кислородом весной на 10-20%, летом на 20-40%, что обусловленно непрерывно идущими процессам окисления аллохтонного и автохтонного органического вещества, а также растворенных газов и других восстановленных соединений, поступающих из донных отложений.

В период летней стагнации в нижней части плеса при отчетливой температурной стратификации содержание кислорода в придонных слоях может' понижаться до десятых долей мг/л, тогда как в поверхностном 2-4 метровом слое нередко имеет место перенасыщение воды кислородом за счет процессов фотосинтеза.

В зимний период в последние годы кислородный режим в русловой части благоприятный из-за аэрационного эффекта, вызванного сбросом подогретых вод Конаковской ГРЭС.

Из основных загрязняющих ингредиентов, помимо описанных выше, в створе Дубна за последние пять лет, превышал допустимые санитарные нормы средний уровень содержания меди и нефтепродуктов в 4-5 раза, общее содержание железа в 1,5 раза. Отмечались единичные случаи загрязнения цинком, марганцем и фенолами до 2-3

пдк.

В целом вода Иваньковского плеса в створе Дубна характеризуется классом умеренно-загрязненных вод с ИЗВ примерно равным 2,2.

Качество воды в реке Волга постоянно изучается лабораториями ДГЦГСЭН, «ПТО ГХ», ОИЯИ. Качество воды в этом водотоке зависит от состава ее в Иваньковском водохранилище.

По среднегодовым показателям качества цветность воды колеблется около 60-70 градусов по платиново-кобальтовой шкале. ПДК для цветности для водоемов хозяйственно-питьевого водоснабжения не должно превышать 35 градусов по платиново-кобальтовой шкале. В конце 90-х годов практически в течение всего года наблюдается превышение ПДК по цветности.

Величина перманганатной окисляемости, которая характеризует содержание органических веществ, в среднем составляет 13-14 мгОг/л, что превышает ПДК в два раза.

Концентрация азота нитратов колеблется в зависимости от времени года от 0,5 до 2,52 мг/л. Содержание азота аммонийного находится в пределах 0,18 до 0,81 мг/л. Содержание азота нитритов не превышает ПДК для водоемов питьевого водоснабжения.

Среди других загрязняющих веществ периодически превышают ПДК содержание поверхностно-активных веществ и нефтепродуктов. Содержание тяжелых металлов (цинк, никель, медь, свинец, хром, марганец, алюминий) ниже ПДК.

Река Сестра, берущая свое начало из озера Сенежского (Солнечногорский район), протекает по трем промышленно-развитым районам Московской области: Солнечногорскому, Клинскому и Талдомскому. Огромное влияние на качество воды в реке Сестра оказывают очистные сооружения города Клин, которые находятся в 97 км от устья. В последние два года очистные сооружения этого города работают с огромной перегрузкой, с фактическим отсутствием биологической очистки промышленных и бытовых сточных вод. Это приводит к превращению реки Сестра в канализационный коллектор. Значительное количество органических, биогенных веществ и тяжелых металлов мигрирует до устья реки Сестра, и попадают далее в реку Дубна.

Приведем некоторые данные, полученные за последние годы в эколого­аналитическом центре Международного университета «Дубна».

Химическое потребление кислорода (ХПК) является показателем, который отражает уровень загрязнения водотока трудно окисляемыми -' органическими веществами. С 1997 года он возрос в устьевой зоне реки Сестра от 28 до 58 мг Ог/л в 2000 году, что превышает ПДК в два раза. Если в реке Дубна до впадения реки Сестра ХПК составляет в среднем 30 мг О^/л, то после впадения реки Сестра ХПК увеличивается до 46 мг С^/л.

На реке Дубна после впадения реки Сестра располагается зона отдыха с пляжем для купания. Река Сестра является местом отдыха горожан и рыбной ловли.

Такая же ситуация наблюдается и по всем формам азота (аммонийному, нитритному, нитратному). В устье реки Сестра и в реке Дубна после впадения реки Сестра наблюдается превышение предельно допустимых концентраций по азоту аммонийному и нитритному.

В иловых отложениях рек накапливается достаточное количество минеральных и органических веществ, которые связывают загрязняющие вещества. Состав донных отложений отражает интегральный уровень загрязнения рек. При сезонных изменениях pH среды, при изменении гидрологического режима донные отложения могут стать

вторичным источником загрязнения водоема. Те вещества, которые долго накапливались в них, могут перейти в толщу воды. Такие изменения происходят во время весеннего поступления слабоминерализованных талых вод в речную экосистему.

Изучения состава донных отложений показало, что в них накапливаются такие супер токсиканты, как цинк, медь, свинец, органические вещества, поступление которых связано с деятельностью городских очистных сооружений г. Клин и со смывом с сельскохозяйственных полей.

Гидробиологический анализ поверхностных вод реки Сестра показал, что после сброса содержимого городских очистных сооружений г. Клин сообщества бентосных и планктонных организмов, населяющих реку, испытывают метаболический регресс. На протяжении более чем 20 км нормальные зооценозы не восстанавливаются, поверхностные воды реки населяют сапрофитные бактерии, простейшие и микроскопические грибы. В то время как сообщества диатомовых водорослей (одноклеточные водоросли, одетые в ажурный панцирь из кремнезема) демонстрируют несколько иную реакцию на действие сбросов очистных сооружений. Непосредственно в месте сброса фитоценоз диатомовых обнаруживает экологический регресс, выраженный в обеднении видового разнообразия (12 видов, в сравнении с озером Сенеж, где берет начало р. Сестра - 28 видов), но увеличении плотности популяции водорослей, увеличении размеров панцирей и отчетливо выраженном доминировании одного рода - Cocconeis. Как известно, в сообществах, находящихся в неблагоприятных условиях существования, регистрируется увеличение роли одного вида и снижение числа видов в целом, однако на начальных этапах органическое загрязнение вызывает увеличение общей численности и биомассы. Метаболический регресс наблюдается в 45 км ниже по течению, где к признакам экологического регресса добавляется резкое снижение численности водорослей в единице объема и уменьшение размеров панцирей.

Методом гидробиологического анализа можно оценить состояние любого водоема. В качестве индикаторов используются сообщества макрофитов - высшей водной растительности, перифитона — водорослей, простейших и беспозвоночных организмов, обрастающих прибрежные растения, планктона — микроскопических растений и животных, свободно парящих в толще воды и бентоса — различных организмов, населяющих дно водоема. Теоретическим основанием гидробиологического анализа является то, что абиотические свойства воды

ограничивают и допускают существование только определенных организмов. Поэтому, если нам известны условия, при которых развиваются те или иные сообщества растений и животных, то по их составу и обилию можно оценить состояние водоема.

Ряд организмов, которые называют индикаторами загрязнения среды обитания, являются своеобразными генетическими приборами, поскольку при определенных уровнях загрязнения могут жить только те организмы, наследственная программа которых приспособлена к экологическим сдвигам. Живые индикаторы могут рассказать, где скапливаются вредные вещества, как они влияют на экосистему в целом и какова скорость происходящих изменений. По результатам физического и химического анализов можно узнать не только, в каких концентрациях скапливаются вредные вещества, но и о тенденциях дальнейшего развития загрязнения и об его биологических последствиях говорят «живые приборы». Почти во всех пресноводных водоемах встречаются виды-космополиты, способные жить при определенном загрязнении. Это позволило создать шкалу сапробности, то есть степени загрязненности водоемов или их зон органическими веществами, в которых способны жить определенные организмы. Загрязнение вод по шкале сапробности подразделяется на четыре зоны: поли-, а-мезо,. р-мезо и олигосапробную. По результатам гидробиологического анализа, проведенного в эколого-аналитической лаборатории университета, дубненские озера отнесены к Р-мезосапробной зоне.

Гидробиологические исследования проводились на трех наиболее крупных озерах города. Дубны.

Для озер характерно вдольбереговое зарастание, особенно для озера Лебяжье. Такой характер зарастания защищает центральную часть озер от загрязнения, т.к. в зарослях макрофитов осаждается значительное количество минеральных и органических взвесей, поступающих с ливневым стоком с прилегающих территорий. Известно, что высшая водная растительность интенсивно поглощает, минеральные и органические вещества, накапливает ионы тяжелых металлов, выступает в роли минерализаторов и детоксикантов пестицидов и нефтепродуктов, (камыш, тростник, рогоз и другие виды макрофитов используют для очистки и доочистки бытовых и технических сточных вод на так называемых биоплато или биофильтрах).

По составу зоопланктона наиболее богатым оказалось озеро Лебяжье, поскольку оно обладает большей глубиной, площадью и богатой береговой растительностью. Среднее положение занимает озеро Безымянное и самые низкие показатели демонстрирует пруд Суглинок. В годовом цикле развития зоопланктона

выделяются биологические сезоны, которые не совсем совпадают с календарными. Сезонная периодичность развития зоопланктона в озере характеризуется несколькими краткосрочными максимумами численности. Зимой, при температуре воды 0-2°С, в основном присутствуют коловратки (Rotatoria), взрослые формы веслоногих рачков — циклопов (Copepoda), зимующих в верхнем слое ила. С наступлением весны, когда температура воды превышает 10°С, число зоопланктеров стремительно растет: коловратки резко увеличивают свою численность, выходят из грунта Cyclops и Mesocyclops, появляются представители ветвистоусых рачков (Cladocera) - различные дафнии. Летом температура воды в поверхностном слое поднимается до 19-22°С, в нем увеличивается содержание биогенных элементов, разнообразие и численность зоопланктеров достигает годового максимума и имеет кладоцерно-копеподный характер, численность же коловраток меньше, чем весной. В первую половину осени количественные показатели планктона еще высоки, а в октябре наступает резкий спад численности. В озере Лягушатник летом наблюдалось необычное изменение численности зоопланктона: она постепенно снижается в течение вегетационного периода, в то время как в двух других озерах хорошо выражен летний максимум.

В озере Лебяжьем и пруду Суглинок развиваются процессы эвтрофирования (накопления органического вещества в донных отложениях).

В озерах отмечено превышение концентрации нитратов более чём в 2 раза выше нормы принятой ЕС для питьевого водопользования. В озере Лебяжье были обнаружены потенциально-токсичные виды сине-зеленых водорослей: Microcystis aeruginosa и Anabaena flos-aquae. Во время массового развития этих водорослей желательно проводить токсикологический анализ вод озера.

Таблица 2.7. Обилие видов и площадь распространения высшей водной растительности в водоемах г. Дубны

Д — показатель обилия по шкале Друде (в баллах);

% — площадь распространения в водоеме (в процентах).

Таблица 2.8. Средняя фитомасса растительных сообществ и годовая продукция (гр/м)

Таблица 2.9. Ценозообразующие виды зоопланктона озер г. Дубны с индексами сапробности

2.3.4.2. Сточные воды

Город имеет пять выпусков в реку Волга (Северная и Южная дренажные канавы — левый берег, три выпуска ОИЯИ — правый берег); 4 выпуска в реку Дубна — (рис. 2.8).

Через Северную дренажную канаву осуществляется сброс сточных вод в р. Волгу с городских очистных сооружений биологической очистки, производительностью 36500 м³ (выпуск 1 «ПТО ГХ»); сброс условно-чистых вод с котельной (от химводоподготовки, продувочной воды котлов, конденсата воздушного теплообменника, охлаждения насосов, вентиляторов и т.д.) — выпуск 2 «ПТО ГХ».

. Через Южную дренажную канаву осуществляется сброс сточных вод с насосно­фильтровальной . станции (НФС) «ПТО ГХ», а также ливневых и тальк вод, формируемьк на территории ДМ3 — выпуск 3 «ПТО ГХ».

Сточные воды ОИЯИ сбрасываются по 5 выпускам (рис. 2.8):

В р. Волга:

— выпуск 2 — вода из систем кондиционирования воздуха, после регенерации на центральной котельной, от бассейна из систем охлаждения;

— выпуск 3 — сточная вода после использования на насосно-фильтровальной станции (отмывка фильтров, отстойников при водоподготовке);

— выпуск 6 — сточная вода из систем охлаждения вычислительного центра, и ливневьк сточньк вод после прохождения очистньк сооружений.

Рисунок 2.8. Расположение точек сбросов сточных вод различных организаций г. Дубны

В р. Дубну:

— выпуск 4—сточная вода из систем охлаждения:

— выпуск 5 — сточная вода из систем охлаждения, регенерационные обмывочные воды восточной котельной.

Кроме сточных вод ОИЯИ в р. Дубна сбрасываются ливневые воды промзоны «Александровка» — выпуски 7 и 8, качественный состав и количество загрязняющих веществ от предприятий, имеющих разработанные ПДС, представлены в таблице 2.10.

По данным МУП «ПТО ГХ» с канализационных очистных сооружений (КОС) в Северную канаву за 2002 год было сброшено 8405,9 тыс.м.куб. сточных вод. Кроме того, с левого берега в реку Волга поступали по Южной канаве сточные воды с насосно-фильтровальной станции в объеме 146 тыс.м.куб. и от котельной Теплосети через Северную канаву в объеме 60,4 тыс.м.куб.

Показатели состава выпусков и качества сточных вод и количества загрязняющих веществ в них представлены в таблице 2.10.

Сточные воды подвергаются биологической очистке на общегородских очистных сооружениях, принадлежащих МУП «ПТО ГХ» и механической и химической очистке на локальных очистных сооружениях промышленных предприятий города.

Загрязнение открытых водоемов происходит и неочищенными ливневыми сточными водами, поступающими с промплощадок предприятий и территории жилой застройки, и содержащими в своем составе большое количество взвешенных веществ и нефтепродуктов.

В условиях города Дубна, территория которого характеризуется повсеместным распространением грунтовых вод, залегающих близко к поверхности, серьезную угрозу для грунтовых подземных вод и вод открытых водоемов представляют неусовершенствованные свалки, иловые площадки очистных сооружений канализации.

Значительная часть территории города принадлежит водоохранным зонам, строгое соблюдение которых имеет особое значение вследствии большой проницаемости грунтов и близкого залегания грунтовых вод.

Таблица 2.10. Показатели качества сточных вод по данным различных организаций города. Средние значения за 3 кварталы 1999-2003 годов

Для рек Дубна и Сестра минимальная ширина водоохранной зоны составляет 300 метров, для Волги — 500 метров (Положение о водоохранных зонах рек, озер, водохранилищ Московской области от 11.01.90 г. № 15/1).

К водоохранной зоне Иваньковского водохранилища и канала имени Москвы отнесена полоса до 1000 м от уреза воды, имеющая в зависимости от рельефа имеет разную ширину. Но не менее 500 метров, как это определено Постановлением Совета Министров РСФСР об устройстве водоохранных зон Москворецкого и Волжского источников водоснабжения города Москвы № 71 от 10.02.83 г.

На территории водоохранных зон запрещено строительство новых и расширение действующих объектов производственного назначения и социальной сферы.

Внутри водоохранных зон особо выделены прибрежные полосы. Это участки, запрещенные для всех видов хозяйственной деятельности. Они должны быть заняты древесно-кустарниковой растительностью или залужены. Ширина прибрежных полос для рек Дубна и Сестра составляет 100 м.

Водоохранные зоны и прибрежные зоны несут большую экологическую нагрузку. В водоохранной зоне расположены крупные промышленные предприятия: ОАО «ДМ3», ОАО ПКП «Апекс», ФГУП «Гос МКБ «Радуга», ДСК-27 УС 20, свалки ТБО, хранилище гальванических отходов; в прибрежной полосе реки Волга — ГНС, Заволжская база ДМ3.

2.3.5.