< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Литосфера - Гидросфера (rot Л-Г)

В данном разделе рассмотрен вопрос физического и химического переноса загрязняющих веществ из литосферы в гидросферу.

Кроме антропогенных на акваторию моря в регионе влияют и природные источники загрязнения. В частности — ливневая канализация. Данный источник одновременно является как природным так и техногенным. Его дуализм обусловлен сбросом взвешенных веществ (грязи) в море при прохождении дождей, что определяет его природную составляющую. Одновременно происходит смыв и дальнейший сброс загрязняющих веществ техногенного происхождения - нефтепродуктов с территории дорог, нитритов, нитратов и органических веществ с территории мусорных свалок и мест накопления мусора, металлов с территорий металлообрабатывающих заводов. Например поступление ливневых стоков осуществляется в городе Севастополе через девять выпусков без очистки их перед сбросом в море.

Таким образом на территории города обычно формируется сеть стационарных источников загрязнения морской акватории, которые влияют на ее загрязнение путем сброса загрязняющих веществ с поверхности почвы. Данные источники условно можно разделить на организованные и неорганизованные. К первым относятся сбросы ливневой канализации через оборудованные места сброса — обычно трубы. Ко вторым относятся природные необорудованные стоки загрязненных вод в поверхностные воды. Обычно в морскую акваторию города осуществляется поступление следующих видов загрязняющих веществ: органические вещества, нефтепродукты, взвешенные вещества, сухой остаток, СПАВы, фосфаты, аммонийный азот, нитриты, нитраты, хлориды, железо, медь и другие. Приведенные ингредиенты не охватывают весь перечень загрязняющих веществ, сбрасываемых в море с суши. Перечисленные ингредиенты относятся к максимальным по массе сбросов веществам.

В соответствии с [4] рассмотрим математическое описание процесса конвективно-диффузионного переноса и превращения загрязняющих веществ при сбросе их с береговой линии региона в поверхностные воды. Процесс разбавления сточных вод в море можно представить схемой (рисунок 10), включающей три зоны участка перемешивания после сброса сточных вод в море, а именно:

  • 1 зона — струйная инерционная зона начального смешения;
  • 2 зона — выравнивания концентраций. В ней происходит трехмерная диффузия загрязняющего вещества, а при малой глубине — двухмерная;
  • 3 — зона полного смешения. В ней происходит полная диффузия загрязняющего вещества.

Схема разбавления сточных вод при сбросе в море

Рисунок 10 — Схема разбавления сточных вод при сбросе в море

Загрязняющие вещества, попавшие в тот или иной район моря с суши, увлекаются течением и под влиянием турбулентного перемешивания распространяются в смежные струи потока. При этом происходит их разбавление по мере удаления от места сброса в море и концентрации постепенно снижаются. При наличии явлений самоочищения водоема концентрации загрязняющих веществ приближаются к фоновым величинам. Общее уравнение конвективно-диффузионного переноса ЗВ попадающих из литосферы в гидросферу с учетом равномерного распределения загрязняющих веществ по вертикали моря имеет вид

где С — концентрации загрязняющих веществ;

Ух,У ,Уг — проекции скорости потока на оси координат соответственно;

Ох, Пу, П2 — коэффициенты турбулентного переноса или диффузии скалярной концентрации загрязняющих веществ в направлениях X, У иZ соответственно;

Ухс — скорость струи стоков с суши;

Л — параметр зависящий от химико-физических превращений; Н — глубина водоема;

Л ~ Л2 ~^ Л3

Л2 — интенсивность поступления загрязняющих веществ со дна водоема;

Л3 — интенсивность поступления кислорода с поверхности водоема; /ис — параметр не консервативности (превращения) загрязняющих веществ;

Необходимо отметить, что в предыдущем разделе 1.1. речь шла об источниках загрязнения гидросферы антропогенного (непосредственно связанного с жизнедеятельностью людей) характера. К ним относятся коммунально-бытовые стоки, стоки предприятий и другие, которые имеют организованный характер (обычно труба) и проходящие через очистные сооружения, оборудованные механической и биологической видами очистки. Природа стоков рассматриваемых в этом разделе несколько другая. В ее основе лежат процессы перехода загрязнений из одной сферы (литосферы) в другую (гидросферу). В большинстве случаев практики стоки носят неорганизованный характер по естественным природным руслам и не проходят очистки.

Рассмотрим некоторые из перечисленных загрязняющих веществ, а именно наиболее часто встречающиеся в окружающей среде - нефтепродукты.

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти — углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

  • — парафины (алкены) - (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде;
  • — циклопарафины (30- 60% от общего состава) — насыщенные циклические соединения с 5 - 6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению;
  • — ароматические углеводороды - (20-40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полициклические (пирен);
  • — олефины (алкены) — (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в водной среде. При этом в понятие нефтепродукты вкладывается содержание: "смесь различных углеводородов ациклического, нафтенового и ароматического гомологических рядов с числом углеродных атомов от 5 до 70 и соединений некоторых других классов". В понятие нефтяные углеводороды вкладывается главная и наиболее характерная часть нефти и продуктов ее переработки - неполярные и малополярные углеводороды, несорбируемые окисью аллюминия [18].

Большие массы нефти поступают в моря с ливневыми стоками. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину. В частности:

  • — едва заметная пленка. Толщина — 0,038 мкм, Количество разлитых нефтепродуктов составляет 44 л/км2;
  • — серебристый отблеск пленки. Толщина — 0,076 мкм. Количество разлитых нефтепродуктов составляет 88 л/км2.
  • — следы окраски пленки. Толщина — 0,152 мкм, Количество разлитых нефтепродуктов составляет 176 л/км2.
  • — ярко окрашенные разводы пленки. Толщина — 0,305 мкм. Количество разлитых нефтепродуктов составляет 352 л/км2.
  • — тускло окрашенные разводы пленки. Толщина — 1,016 мкм. Количество разлитых нефтепродуктов составляет 1170 л/км2.
  • — темно окрашенные разводы пленки. Толщина — 2,032 мкм. Количество разлитых нефтепродуктов составляет 2310 л/км2.

Влияние розливов нефтепродуктов на окружающую среду.

Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 1-10% (280 нм), 60 -70% (400 нм). Пленка толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую - "нефть в воде" и обратную - "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно. Кроме этого нефть и нефтепродукты содержат кроме органических также токсичные неорганические вещества — соединения элементов, содержащиеся в морских водах в микроконцентрациях. Распад нефтепродуктов приводит к загрязнению морской воды этими неорганическими веществами. Существуют процессы обмена между морской средой и нефтепродуктами. В период относительной устойчивости нефтепродукта подстилающий его слой морской воды может обогащаться и обедняться микроэлементами, что в обоих случаях создает условия для возникновения отрицательного экологического эффекта.

Нефтепродукты относятся к веществам токсикологической направленности. Обычно в городах Украины, населенных пунктах региона и объектах прибрежной зоны система очистки поверхностных ливневых стоков отсутствует. Поэтому в ливневых стоках, сбрасываемых непосредственно в море, присутствуют в больших количествах взвешенные вещества и нефтепродукты, которые образуются вследствие недопустимого технического состояния автотранспорта на дорогах.

Расчет переноса загрязняющих веществ с поверхности почвы в гидросферу производится для наиболее часто встречающихся на поверхности загрязняющих веществ - нефтяных углеводородов (НУ). Наибольшая концентрация массы загрязняющих веществ имеет место быть на площади городской застройки.

Годовая масса сброса НУ с площади городской застройки в море определяется выражением [19], т

где ул_г — норматив сброса нефтяных углеводородов с единицы

площади городской застройки, т / км ;

— площадь городской застройки, км2.

Средняя мощность сброса нефтяных углеводородов в море в течении года определяется выражением, г/с

где АТ — продолжительность года, с.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >