img-417193806

13.3. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ		301
вредности. Гигиеническое нормирование	опирается на	закономер­
н у ю зависимость состояния водоема от	и з м е н я ю щ е й с я	интенсив­

ности вредного фактора. Установить эту связь м о ж н о только в экс­ периментальных условиях. Основное внимание уделяется сани- тарно-токсикологическим исследованиям, в ы я в л е н и ю пороговых и подпороговых (недействующих) концентраций специфических ве­ ществ. Установление П Д К базируется на подпороговых концентра­ циях, при которых не наблюдается сколько-нибудь заметного изменения функционального состояния организма. П р и эксперимен­ тальном изучении действия химического вещества большое значе­ ние имеет исследование его отдельных последствий — эмбриотопного, мутагенного, канцерогенного, аллергенного и др. Результаты

позволяют получить представление		о среднесмертельных дозах
( Л Д 50), видовой чувствительности	и	токсикодинамике изучаемого
вещества.
В условиях комбинированного	загрязнения водоема многими

веществами гигиеническое нормирование ведется с учетом су м ­

марного действия вредных веществ. Э ф ф е к т	действия вредных ве­
ществ одной и той ж е группы суммируется	по принципу аддитив­
ности.

К1980 г. водно-санитарное законодательство содержало 633

норматива П Д К , ут ве рж де нн ых М и н з д р а в о м С С С Р . Рыбохозяйственные ПДК. Теоретические основы рыбохозяйст­

венных П Д К базируются на комплексных ихтиологических, гидро­ биологических, микробиологических и химических исследованиях.

Рыбохозяйственные		П Д К	д о л ж н ы удовлетворять с л е д у ю щ и м
условиям: 1)	отсутствие случаев			гибели р ы б и	к о р м о в ы х		для	р ы б
организмов;	2) не наблюдается			постепенное	исчезновение			про­
ц в е т а ю щ и х ранее видов рыб,			п и щ е в ы е для р ы б		организмы		не заме­
няются на м а л о це нн ые		или	не и м е ю щ и е пи щ е в о й			ценности; 3) не
у х у д ш а ю т с я	товарные	качества		о б и т а ю щ е й	в	водоеме	рыбы;

4) не отмечаются условия, способные привести к гибели рыб, за­ мене ценн ых видов на малоценные.

Основными показателями действия служат выживаемость (для популяций это темп отмирания), воспроизводство (способность воспроизводить в достаточном количестве полноценное потомство), темп роста и товарное качество рыбной продукции.

	К	1980 г. рыбохозяйственные П Д К			установлены	для 137 ве­
ществ.
	Установление		допустимых	пределов	содержания	токсикантов
в	морских водах		сопряжено с ос о б ы м и		трудностями. П р и н я т а я
в	пресноводной		токсикологии	методическая схема		установления
П Д К		з а г р яз ня ющ их веществ		не м о ж е т	быть механически пере­

несена на м о р с к у ю среду без учета особенностей взаимодействия

морских организмов	и биоценозов	с	токсическими фа кторами
среды (С. А. Патин,	1979). В морских		и пресноводных водоемах
существуют значительные различия		биотических условий, в ы з ы ­

302 Глава 13. Контроль состояния загрязненности

в а ю щ и е соответствующие различия в физиологии морских и прес­ новодных организмов, а та к ж е и в биогеохимии за гр яз ня ющ их

веществ. С. А.		П а т и н	(1979) обращает внимание на возможность
выявления П Д К		микропримесей		на основе анализа биогеохимиче-
ских д а н н ы х	о средних		уровнях	и изменчивости содержания в во­
доемах этих	микропримесей. К а ж д ы й из таких компонентов среды
д о л ж е н иметь свой толерантный				(оптимальный) для гидробионтов
диапазон концентраций в воде,				с л о ж и в ш и й с я	в результате	д л и ­
тельного эволюционного развития организмов.					П о э т о м у м о ж н о	по­

лагать, что с у щ е с т в у ю щ и е в настоящее время крайние пределы

концентраций металлов —

микроэлементов

в М и р о в о м

океане

от­

р а ж а ю т соответственно

критические

уровни

недостаточного

или

избыточного

содержания

металлов в

воде. И з б ы т о ч н ы й

уровень,

следовательно, является границей зоны

П Д К

для

всего населения

океана. Д а н н ы й подход

к но р м и р о в а н и ю

П Д К п р и м е н и м

только

для примесей, и м е ю щ и х природные аналоги в море.

Второй подход (токсикологический)

основан

на

результатах

экспериментальных поисков границ м е ж д у

токсическими,

порого­

в ы м и

и н е де йс тв ую щи ми

концентрациями

факторов

для

разных

видов, групп и стадий развития гидробионтов.

И з

табл.

13.6 следует вывод о том,

что принципиально

разные

методы д а ю т

близкие

результаты в определении

П Д К

(£в и

Л).

Таблица 13.6

Пороговые и допустимее

уровни содержания

загрязняющих веществ (мкг^л)

в морской воде, по С. А. Патину (1979)

V

ПДК для воды

ПДК 3

Вещество

А г

рыбохо-

внутрен­ . зяйствен-

:'пелагиаль

внутрен­

океана

ние моря

них морей

ная

Ртуть	ю-1	1	ю-1
Свинец	5	10	10
Кадмий	1	1— 10	10
Цинк	50	50	10
Медь	5	5	1—5
Мышьяк-	5	10	—
Железо	20	50	■—
Нефтепродукты	0	0	10
ДДТ, ПХБ и др.	0	0	10-2
СПАВ	0	0	102— 103

ю-1

<10

1

50

5

5

	20
	10
to	10-2
	J_	со
О		О

т1

10	100
10	10
50	50
5	5
10	10
50	—
10	50
ю - 2	0
102— 103	102

1 Верхний биогеохимический порог экологической толерантности Lb = C+2Sl,

где С —• средняя	концентрация	металла в морской		воде, S l — стандартное
отклонение концентраций, использованных для			оценки	С. 2 Л — максимальная
недействующая	концентрация по	показателям	токсикологических эксперимен­
тов.

13.4. Мониторинг морской среды	303
Различия м е ж д у по лу че нн ым и П Д К мо рс ки ми и П Д К	рыбохозяй­

ственными (для пресных водоемов) подчеркивают специфичность биотопов и физиологии морского населения.

В настоящее время намечается тенденция к с г л а ж и в а н и ю раз­ личий м е ж д у санитарно-гигиеническим и рь1бохозяйственным под ­ хода ми к установлению П Д К , поскольку токсикологический метод приобретает п р е в а л и р у ю щ е е значение. Выявляется стремление по ­ лучить единые П Д К для прир од ны х вод.

13.4.Мониторинг морской среды

Впоследние десятилетия начали проявляться негативные по­

следствия антропогенных воздействий на о к р у ж а ю щ у ю среду, пр и ­ чем некоторые из них развиваются быстро и могут стать необра­ тимыми . О т с ю д а возникла настоятельная необходимость получения

и н ф о р м а ц и и	о таких изменениях и их причинах.	П о э т о м у	в допо л ­
нение к с у щ е с т в у ю щ и м геофизическим с л у ж б а м		начали	создавать
специальную	систему наблюдений, н а з ы в а е м у ю	системой монито­

ринга антропогенных изменений состояния природной среды.

Необходимость создания подобной системы бы ла впервые обос­

нована	в 1971 г. Н а у ч н ы м	комитетом по		проб ле ма м о к р у ж а ю щ е й
среды	( С К О П Е ) М е ж д у н а р о д н о г о		совета	научных союзов.
Первоначально мониторингом			считали систему		повторных наб ­
лю д е н и й одного или более		элементов		о к р у ж а ю	щ е й природной

среды в пространстве и времени с определенными целями в соот­ ветствии с заранее поставленной программой.

В д а л ь н е й ш е м о б щ е п р и н я т ы м стало определение мониторинга,

данное Ю . А. Из ра эл ем (1974 г.): мониторингом называется си­ стема наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей при­ родной среды, позволяющая выделить изменения состояния био­ сферы на естественном фоне под влиянием человеческой деятель­ ности.

Согласно приведенному определению, система мониторинга и геофизические с л у ж б ы д о л ж н ы решать с л е д у ю щ и е задачи:

1) наблюдение за изменениями состояния биосферы, выделение изменений, обусловленных деятельностью человека, и обобщение

результатов наблюдений;
2)	определение тенденций и прогноз в о з м о ж н ы х изменений со­
стояния биосферы;
3)	оценка изменений и тенденций изменений в состоянии био­
с ф е р ы	путем сравнения с критериями		( П Д К	и	П Д Н ) , устанавли­
в а ю щ и м и предел возможного экологического				ущерба.
Исследования по мониторингу, которые в настоящее время
осуществляются в рамк ах		П р о г р а м м ы	О О Н по о к р у ж а ю щ е й среде
( Ю Н Е П ) , разделяются на		с л е д у ю щ и е	виды: мониторинг к л им ат и ­
ческих	условий, мониторинг крупномасштабного				переноса и о с а ж ­
дения	з а г р яз ня ющ их веществ, мониторинг для				целей здравоохра­

304 Глава 13. Контроль состояния загрязненности

нения, мониторинг возобновляемых пр иродных ресурсов, монито­ ринг океана.

В области мониторинга океана первоочередное внимание уделяется мониторингу загрязнения открытого моря. Работа про­ водится путем сбора д а н н ы х набл юд ен ий с судов и самолетов,, химического анализа водных проб. В настоящее время наиболее

разработанной программой регионального мониторинга			является:
П р о г р а м м а мониторинга загрязнения Средиземного моря,			в к л ю ч а ­
ю щ а я 8 проектов, в	исполнении	которых п р и н и м а ю т		участие:
83 морских научных	института от	16 средиземноморских		стран..
У с п е ш н о развиваются	исследования	Балтийского моря по		м е ж д у ­

народному проекту «Балтика», в котором участвуют все прибал ­ тийские научные учреждения С С С Р . Ц е л ь проекта состоит в раз­ работке комплексной математической модели экосистемы Б а лт ий ­

ского моря.

Организация мониторинга загрязнения морских водоемов

имеет ряд особенностей и направлена на изучение в а ж н ы х в прак ­

тическом отношении вопросов (Ю. А.	Израэль, Н. К. Гасилина
и др. 1978): 1) контроль за уровнем	загрязнения вод и д о н н ы х

осадков по физическим, химическим и гидробиологическим пока­

зателям, особенно в курортно-оздоровительных	и рыбохозяйствен­
н ы х зонах; 2) изучение баланса за гр яз ня ющ их	веществ в мо ря х

и их заливах с учетом процессов на границах раздела вода— атмо ­ сфера и вода— дно; 3) изучение закономерностей пространствен­ н ы х и временных изменений концентраций за гр яз ня ющ их веществ, установление связи этих изменений с естественными циркуляцион­

н ы м и	процессами, с гидрометеорологическим	р е ж и м о м	и особен­
ностями хозяйственной деятельности.
В	океанографическом плане основная цель	ре ше ни я	п р о б л е м ы

загрязнения заключается в разработке обоснованных п р е д л о ж е ­ ний по с о к р а щ е н и ю сброса отходов в м о р с к у ю среду в такой мере,, чтобы процессы утилизации за гр яз ня ющ их веществ постоянно пре­

валировали над	процессами загрязнения и		приводили		к устране­
н и ю н а р у ше ни й	в экологических системах		Ми ро в о г о		океана	и
З е м л и в целом. Эта цель		достигается ре ше ни ем		с л е д у ю щ и х глав­
н ы х задач: 1) наблюдение		за дина ми ко й уровней		загрязнения		вод

океана и определение с л о ж и в ш и х с я тенденций в изменении уровня загрязнений; 2) прогноз ди на м и к и уровней загрязнения океанских вод; 3) разработка пр едложений по п р ед от вр ащ ен ию сбросов за­ г р я з н я ю щ и х веществ в мо р с к у ю среду.

О б о б щ е н н а я схема геохимического мониторинга морской среды,

по Ю . А. И з р а э л ю	(1981), представлена на рис. 13.3.
Н а у ч н ы е основы	мониторинга приводят к нескольким			основным
п р и н ци па м его организации:		1) комплексность производства			х и м и ­
ческих определений	(в воде,	взвесях, грунтах и атмосфере,			и м е ­
теорологических наблюдений,		особенно на	станциях I категории —
в местах сброса за гр яз ня ющ их веществ и			II категории —	в загряз-

13.4. Мониторинг морской среды

305

ненных районах морей и океанов; 2) прослеживание динамики уровней загрязнения морских вод путем проведения долгопериод­ ных систематических наблюдений за фоновыми концентрациями загрязняющих веществ в наиболее удаленных от источников за-

Рис. 13.3. Схема геохимического мониторинга морской среды.

грязнения районах на базовых станциях III категории; 3) просле­ живание переноса загрязняющих веществ посредством организа­ ции наблюдений на океанографических разрезах в основных цир­ куляционных системах Мирового океана; 4) сопряженность мо­ ниторинга химического загрязнения вод океана как подсистемы мониторинга окружающей природной среды с мониторингом влия­ ния загрязнений на морские организмы.

В настоящее время все внутренние и окраинные моря СССР

охвачены сетью станций мониторинга.

20 Заказ №244

306	Глава 13. Контроль состояния загрязненности

13.5. Современное состояние загрязненности океана

Сведения о состоянии загрязненности обобщены в нескольких обзорах: Ю. А. Израэля, Н. К. Гасилиной и др. (1978), М. П. Не­ стеровой и А. И. Симонова (1979), Ю. А. Израэля и А. В. Цыбань (1981). Многочисленные экспедиционные исследования в океане приводят к важному выводу о том, что в настоящее время загряз­ нение океана приобрело глобальный характер. Многие загрязняю­ щие вещества— нефтепродукты, хлорзамещенные углеводороды, канцерогены, детергенты, тяжелые металлы •— встречаются во внут­ ренних и окраинных морях, а также в открытом океане. Поля за­ грязнений формируются у берегов, распространяются далеко за пределы прибрежных районов и целиком охватывают некоторые моря. К таким морям относятся Балтийское, Северное, Ирланд­ ское, Тирренское, Ионическое, Бискайский залив и др.

Содержание эмульгированных и растворенных нефтепродуктов по акватории океанов меняется в широких пределах (табл. 13.7), уменьшаясь с глубиной и достигая максимальных значений на трассах морских путей, в районах нефтедобычи й в прибрежных зонах.

Таблица 13.7

Содержание растворенных и эмульгированных углеводородов в водах океанов,, определенных методом ИК-спектрометрии в 1973—1977 гг., по М. П. Нестеровой и А. И. Симонову (1979)

Район	Концентрация, мкг/л
Атлантический океан:
северо-восточная часть	0— 160
Северное море	0—350
Балтийское море	0— 180
Средиземное море	0—950
Тихий океан:
северо-западная часть	0— 200
юго-восточная часть	. 0— 200 . .
юго-западная часть	0—360
Индийский океан:
Африканское побережье	0—450
■ Аденский залив	360—1410
Красное море (в июне)	0—2260

На поверхности океана и в толще вод широко распространены смоляные комочки, концентрация которых может быть значитель1 ной. Так, в северо-восточной части Тихого океана она колеблется

13.6. Баланс и динамика уровней загрязнения морских вод						307
в пределах	0— 2,9 мг/м2, а		максимальная		концентрация	(до
2000 мг/м2) зарегистрирована			вблизи	Гибралтарского пролива.
Б о л ь ш у ю	опасность	представляют		не фт ян ые	углеводороды	для
Северного Ледовитого		океана.	Еж ег о д н о система Северо-Атлан­

тического течения переносит туда около 30— 40 тыс. т нефтепро­

дуктов. Известно,	что	при температуре 25 °С нефть окисляется за
1— 2 недели, при	5 °С — за		полгода, а при отрицательных	темпе­
ратурах этот процесс		м о ж е т	продолжаться десятилетиями.	С л е д о ­

вательно, в Северном Ледо ви то м океане не фт ян ые углеводороды непрерывно накапливаются.

Т я ж е л ы е ме т а л л ы и хл ор з а м е щ е н н ы е углеводороды т а кж е рас­ пространены в глобальном масштабе. В зависимости от источни­

ков загрязнения и характера циркуляции вод, их				концентрации
варьируют в ш и р о к и х	пределах	(табл. 13.8).
						Таблица 13.8
Содержание загрязняющих веществ в океане, по Ю.			А.	Израэлю
	и А. В . Ц ы бан ь (1981)
Районы	Концентрация,	Районы				Концентрация,
	мкг/л					мкг/л
Ртуть			Медь
Атлантический океан	0,05—0,1^	Северное море				0,3—4,4
		Балтийское море				2,7
Северное море	0,01—0 ,07
Балтийское море	.0,3		ДДТ
Свинец		Северная Атлантика:
	0,002—0,11	поверхностный мик­				0,09
Атлантический океан		рослой
Северное море	0,02—0,8	приповерхностный				0,005
Балтийское море	1,0	слой
Кадмий		■	п х б
Атлантический океан	0,04—0,3,0	Восточная Атлантика			I	0,03
Северное море	0,01—2,8	Балтийское море				0,03—0,21»
Балтийское море	1,0	Бенз (а) пирен
		Северная Атлантика				10,025—0,032
		Балтийское море		.	|0,001—0,13

13.6. Баланс и динамик уровней загрязнения морских вод

Необходимость регламентирования сбросов за гр яз ня ющ их ве­ ществ (ЗВ) в целях определения предельно допустимой нагрузки морей З В требует разработки методов, п о з в о л я ю щ и х рассчитыватьбаланс и д и н а м и к у уровней загрязнения морских вод. Р е ш е н и е по-

20*

308 Глава 13. Контроль состояния загрязненности

добных задач возможно с помощью общей модели, предложенной А. И. Симоновым и др. (1979).

Изменение массы ЗВ в море за расчетный период определяется

уравнением баланса
AM = Z МпР — I Мрасх.	(13.1)

£ Мпр включает поступление ЗВ с речными водами, со сточ­ ными водами предприятий, с судов, при работах на шельфе, при водообмене, через границы раздела вода—атмосфера и вода—дон­ ные осадки. Величина £ Мрасх включает отток ЗВ из морской воды при биохимическом разложении, водообмене и через границы раздела вода—атмосфера и вода—донные осадки.

Обозначив массу ЗВ, изменяющуюся в море со временем, через

М и а массу накопившегося в море ЗВ	через Мо,	получим следую­
щий вид уравнения баланса:
AMt = Mt — M0.			(13.2)
Годовое поступление ЗВ по всем	каналам	обозначим	через
.Мпр, а поступление за единицу времени — через		qt = Mup/t,	тогда

qt будет характеризовать скорость поступления ЗВ в море. Каж­ дый из процессов утилизации, оттока и распада ЗВ характеризу­ ется своим коэффициентом К-

Баланс ЗВ за время dt описывается уравнением

qt dt - £ KMt dt = dMt.

(13.3)

Интегрируя это выражение после разделения переменных, по­ лучим:

t	Щ
\ d t ^ \	\dMtj(qt - £ KMt) j	(13.4)

ом„

или
Mt = qt/ Ъ К -		{qt/ Z К ~	М0) е - ък\	(13.5)
Из этого уравнения видно, что при постоянных qt и Ц К масса
ЗВ в море (Mt) при	t-^oo асимптотически стремится к			qt/'Z К,
причем Mt достигает	своего	конечного	установившегося	qt/Yu К
•с некоторым запаздыванием,		которое	характеризуется	членом
(c/t/T, К — Mo)e~^Kt и определяет динамические свойства				процес­

сов, происходящих в море.

После введения М0 в обе части уравнения и ряда преобразова­ ний уравнение (13.2) приобретает рабочий вид:

M t = М 0 + (2 q t - 2М 0 Z К )/(2 + X К At)

13.6. Баланс и динамика уровней загрязнения морских вод		309
ИЛИ
Mt = M0 +	(A/B)M,	( 1 3 . 6 )
где A = 2qt — 2 М 0 £ К т/сут;	В = 2-j-£ К At — безразмерная

величина.

Конкретный расчет баланса можно провести на примере неф­ тяных углеводородов (НУ).

Сброс с речным стоком оценивается на основании натурных наблюдений по формуле

mp = CQ,

( 1 3 . 7 )

где Q— водный сток за период At, км3; С — средняя концентрация НУ в сечении каждой реки за период At.

Приток НУ при водообмене с соседним морем

m B =	C , F „
где Сj — средняя концентрация	НУ _в предпроливном про­

странстве соседнего моря за период At; V\— средний приток воды из соседнего моря за период At.

Аналогично можно рассчитать приход НУ из атмосферы по данным наблюдений за количеством и составом осадков и сброс НУ по данным соответствующих ведомств.

Расходные составляющие баланса рассчитываются следующим образом. Отток НУ в соседнее море:

m ' =

C 2F 2,

где С2 и F2— соответственно средняя концентрация НУ в пред­ проливном пространстве моря и средний отток воды из моря при водообмене за период At.

Расход НУ за счет химического и биохимического разложения:

C t = C 0e ~ K ' M ,

( 1 3 . 1 0 )

где Со — начальная концентрация НУ в море; At — период наблю­

дений; К\ — константа скорости деструкции						НУ в зависимости		от
температуры	воды	(берется		по	среднемесячным		температурам
воды).
Скорость	оттока	НУ	за	счет	адсорбционных		процессов	на
грунте (Ат г):
К2= Ат'г/[(М0+ Мпр) f] =			DmaShC (1 - Z) А			+	Мпр) *], (13.11)

где Dm — коэффициент молекулярной диффузии, 10~5 см2; 5 — пло­ щадь поверхности дна, м2; h — придонный слой воды, м, включаю­ щий в себя толщину диффузионного слоя; С — концентрация НУ в придонном слое воды; Z — эмпирическая величина, аппроксими­

310 Глава 13. Контроль состояния загрязненности

рующая соотношение между С в придонном слое воды и тонком диффузионном слое; а — коэффициент сорбции в соответствующих донных осадках.

Средняя скорость осаждения нефтяных комочков:
V = (Vз) g Ар (1/м-) г? [ехР (5,30?,) — 1 ],	(13.12)

где g — ускорение свободного падения; Ар — разность плотностей нефтяных комочков и морской воды; ji — кинематический коэффи­ циент вязкости; аг, — среднее квадратическое отклонение радиу­

сов Г\ комочков.	(Д та):
Скорость оттока НУ в атмосферу
Кг = Ama/[(M0+ M„p) (] = DrShC [(1 -	а)/ё] ДЩМ0+ Мпр) *], (13.13)

где Z)T — коэффициент турбулентной диффузии, 10^3 м2/с; 5 — пло­ щадь поверхности моря; h — глубина отбора поверхностных проб, м; С — средняя концентрация НУ в поверхностном слое воды; е — эмпирический коэффициент переноса НУ из воды в поверхностный

микрослой	(ПМС); а — эмпирический коэффициент переноса	НУ
из ПМС в	атмосферу; t и At — периоды наблюдения, причем	At

учитывает только безледный период.

Использование предложенной модели требует проведения наб­ людений за концентрациями загрязняющих веществ одновременно в воде, грунтах, взвесях, в поверхностном микрослое воды, в при­ водном слое атмосферы и исследований обмена ими на грани­ цах фаз.

13.7. Технические средства защиты морской среды от загрязнений

Технические средства защиты предназначены для удаления за­ грязняющих и токсических веществ из хозяйственно-бытовых, про­ мышленных и судовых сточных вод. С этой целью применяются разнообразные методы очистки сточных вод до установленных нор­ мативов.

13.7.1. Очистка хозяйственно-бытовых (ХБВ) и производст­ венных (ПСВ) сточных вод. Для очистки ХБВ наиболее широко используется биохимический метод, часто применяемый и для очистки ПСВ. Метод предусматривает аэробные условия, при ко­ торых патогенные микроорганизмы отмирают, аэробные бактерии

ипростейшие организмы производят минерализацию растворенных

ивзвешенных органических веществ, а также окисление восста­ новленных неорганических соединений ( N H 3, H 2S, СН4, N 0 “ и др.).

Все эти процессы протекают в прудах-отстойниках, на полях оро­ шения, в аэротенках с пневматической или механической аэрацией, в биофильтрах, окислительных прудах и водоемах. После биохими­ ческой очистки в воде остаются минеральные вещества, не полно­