POLLUTION OF SURFACE AND WASTEWATER OF THE RUSSIAN FEDERATION WITH HEAVY METALS

При современных масштабах антропогенного воздействия на биосферу качество поверхностных вод определяется не только функционированием естественных экологических систем, но и деятельностью человека.

Помимо органических веществ, наиболее распространенными загрязнителями поверхностных и сточных вод Российской Федерации являются соединения тяжелых металлов.

Помимо органических веществ, наиболее распространенными загрязнителями поверхностных вод Российской Федерации являются соединения таких тяжелых металлов, как свинец, ртуть, цинк и др. Водоемы и водотоки страны испытывают значительную антропогенную нагрузку, которая выражается в поступлении загрязненных сточных вод из различных источников [1]. Тяжелые металлы, оставаясь токсичными даже в следовых количествах, оказывают негативное влияние на водные экосистемы и организм человека. Таким образом, проблема очистки поверхностных и сточных вод от тяжелых металлов является достаточно острой и актуальной для нашей страны.

Целью данной работы является обобщение данных из открытых источников по загрязнению поверхностных и сточных вод Российской Федерации тяжелыми металлами, оценка статистических данных по уровню загрязнений и выработка предложений по очистке воды и защите окружающей среды.

Здоровье населения Российской Федерации в значительной степени зависит от качества используемых водных ресурсов. Многие заболевания могут быть вызваны длительным употреблением антисанитарной воды [2]. Загрязнению водных объектов в значительной степени способствуют сбросы в водные объекты неочищенных сточных вод, которые возникают в результате деятельности предприятий и хозяйственной деятельности человека.

Серьезной экологической проблемой является загрязнение вод тяжелыми металлами. Согласно ГОСТ 17.4.1.02-83, большинство из них относится к 1 классу опасности [3]. В природных водах тяжелые металлы не разрушаются, а лишь перераспределяются между составляющими водоемов, изменяя их форму [2]. Соединяясь с биомолекулами (белками, липидами и др.), они образуют комплексные соединения [4]. Из водных систем тяжелые металлы могут включаться в круговорот веществ и мигрировать по трофическим цепям в организм человека при употреблении в пищу рыбных и мясных продуктов.

Большинство тяжелых металлов являются микроэлементами, обеспечивающими протекание ряда биохимических процессов в организме человека. Однако чрезмерное его накопление может привести к нарушению обмена веществ. При кумулятивном действии металлы могут обладать канцерогенными, мутагенными и тератогенными свойствами [5].

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами приводит к увеличению заболеваемости населения хроническими дерматозами, экземами, атипичными дерматитами и токсидермами. Выявлено пагубное влияние тяжелых металлов на функциональное состояние щитовидной железы [2]. Длительное воздействие свинца и ртути может ухудшить память и вербальные навыки. Свинец также нарушает репродуктивную функцию и влияет на сердечно-сосудистую систему. Высокие дозы кадмия снижают адсорбцию кальция костной тканью, что приводит к переломам костей. Систематическое всасывание цинка в организме приводит к воспалительным процессам в легких и бронхах, нарушению углеводного обмена. Медь вызывает расстройства нервной системы, печени, почек и снижение иммунитета [5].

По известным оценкам в наиболее часто и в наибольших концентрациях в поверхностных и сточных водах Российской Федерации содержатся такие тяжелые металлы, как медь, цинк, хром, никель, марганец, кадмий и ртуть [6], [7], [8].

По статистическим данным, в 2020 году фоновое содержание ртути, свинца, кадмия в поверхностных водах Российской Федерации соответствовало диапазонам значений, наблюдаемым в последние годы, и равняется 0,21-0,67 мкг/л по ртути, 0,28-1,62 мкг/л по свинцу и 0,02-3,0 мкг/л по кадмию [6].

Наиболее распространенными тяжелыми металлами в водных объектах на границе Российской Федерации являлись медь, цинк, никель и марганец. Наиболее загрязненными оказались участки рек на границе с Норвегией, Украиной, Казахстаном и Китаем. В 2016-2020 гг. максимальное количество соединений меди, цинка и хрома поступило на территорию Российской Федерации со стоком реки Иртыш, соединений никеля - со стоком реки Ишим. При этом экологическое состояние биоценозов в пресноводных и морских акваториях Российской Федерации сохраняется на стабильном уровне [6].

Однако анализ показателей качества поверхностных вод в водосборах крупных рек показывает, что воды страны по-прежнему испытывают значительное антропогенное воздействие, выражающееся в поступлении в них недостаточно очищенных сточных вод из различных источников [7]. По данным статистики, в наибольшем объеме в водоемы Российской Федерации со сточными водами попадают свинец и ртуть (см. таблицу 1).

Существенное пагубное влияние на водные экосистемы оказывают предприятия нефтедобывающей, целлюлозно-бумажной и горнодобывающей отраслей промышленности [2], [9].

В рамках реализации федеральных проектов национального проекта «Экология» планируется снизить уровень загрязнения, вдвое сократить выбросы загрязнителей, ликвидировать самые опасные объекты накопленного загрязнения окружающей среды, улучшить экологическое восстановление водных объектов, создать устойчивую систему обращения с бытовыми отходами и вдвое сократить объем отходов, направляемых на захоронение [10].

В структуре расходов на охрану окружающей среды в Российской Федерации мероприятия по сбору и очистке сточных вод составляют почти треть от общего объема (см. рисунок 1).

Рисунок 1 - Структура расходов на охрану окружающей среды в 2019 году [8]

DOI:10.23670/IRJ.2022.124.55.2

Для защиты и восстановления водных объектов Российской Федерации, по мнению В.В. Круглова, требуется прекратить сброс неочищенных или минимально очищенных сточных вод промышленными предприятиями; внедрение водосберегающих технологий и бессточных систем водоснабжения, строительство и модернизация высокоэффективных очистных сооружений с широким внедрением новых методов очистки сточных вод [11].

На сегодняшний день помимо традиционных механических, химических, физико-химических методов разработан ряд современных и эффективных методов очистки сточных вод, позволяющих осуществлять селективное извлечение и рециклинг тяжелых металлов.

Так, например, Ю.Н. Петухова с соавторами предложила в качестве сорбента для очистки от ионов тяжелых металлов использовать органические отходы [12]. Д.А. Власенко разработала новый сорбент на основе лигнина и винилиденхлорида [13]. Сотрудниками ООО «Биоэкопром» разработаны экологически безопасные биомодули на основе иммобилизованных микроорганизмов, микроводорослей и растительности, позволяющие производить самоочищение и восстановление показателей качества природных вод [14]. И.Н. Лыков и Р.А. Гаранин предложили повышать степень очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью биомассы дрожжей [15]. Значительное количество исследований свидетельствует об эффективности применения сульфидогенных микроорганизмов для биоремедиации сточных вод от тяжелых металлов [16].

В результате анализа представленных данных можно сделать вывод, что главной причиной загрязнения водных экосистем тяжелыми металлами является антропогенное воздействие, обусловленное поступлением сточных вод промышленных предприятий и коммунальных хозяйств. На основе предлагаемых и регламентируемых на законодательном уровне мероприятий в качестве наиболее эффективных и действенных можно, с одной стороны, выделить создание замкнутых производственных циклов с использованием оборотной воды, развитие и внедрение водосберегающих и малоотходных технологий для снижения антропогенной нагрузки на поверхностные и сточные воды. С другой стороны, необходимо создание новых и совершенствование существующих физико-химических методов очистки воды от тяжелых металлов, в первую очередь развитие низкозатратных и более экологичных органических сорбентов и биологических методов очистки с повышенной эффективностью.