Загрязнение подземных вод

В зависимости от концентрации ЕРН подземные воды делятся на радоновые, радиевые и урановые. При смешении этих вод могут возникать различные варианты. Нормирование содержания ЕРН позволяет решать разнообразные практические задачи: экологические, хозяйственно-питьевые, лечебные, извлечение из вод компонентов (например, урана).

Техногенное загрязнение подземных вод радиоактивными веществами связано, в основном, с испытаниями ядерного оружия в военных и мирных целях, переработкой ядерного сырья, штатными и аварийными выбросами при эксплуатации АЭС, хранением, транспортировкой и переработкой радиоактивных отходов.

Остановимся на вопросе эксплуатации АЭС. Производство электроэнергии с помощью ядерных установок растет с каждым годом В европейских и северо-американских государствах оно достигло 10-20% и более от суммарного ее производства. В европейской части России функционируют восемь АЭС (Курская, Смоленская, Балаковская, Нововоронежская, Калининская, Ленинградская, Кольская, Ростовская). Даже при штатном режиме работы АЭС предусматривается выброс в атмосферу некоторого количества радионуклидов через вентиляционные трубы и сброс технологических вод в поверхностные водоемы (пруды, отстойники). Воздушные выбросы производятся на высоте 100-150 м и ветром рассеиваются на окружающую территорию, попадая в почву, подземные, поверхностные воды, и ассимилируются биотой. Жидкие стоки, обогащенные радионуклидами, также могут попадать в водоносные горизонты и поверхностные водотоки окружающих территорий. Таким образом, при работе АЭС какое-то количество радионуклидов систематически попадет в атмосферу, почвенно-покровные отложения, водоносные горизонты и поверхностные воды. Согласно замерам радиоактивного загрязнения, при штатной работе АЭС оно не ведет к серьезным экологическим последствиям и составляет примерно 10% от установленного предельного уровня.

Однако при эксплуатации АЭС возможны нарушения штатных режимов с теми или иными последствиями.

Происшествия, связанные с эксплуатацией АЭС, могут быть вызваны не только выбросами инертных радиоактивных газов или сбросом радиоактивных вод, но также многими другими причинами (технологическими, нарушениями правил транспортировки хранения радиоактивных веществ и др.). Наиболее тяжкие последствия возникают при авариях на энергоблоках, как и случилось на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. В результате этой катастрофы на земную поверхность было выброшено 1,9·1018 Бк радиоактивных веществ, из них 8,1·1015 Бк приходилось на стронций-90 и 3,7·1016 Бк на цезий-137. В спектре выпавших радионуклидов обнаружены рубидий -87, плутоний-240, уран-234, уран-238, рутений-106 и др. Радиоактивное загрязнение охватило весь континент, особенно пострадали территории, примыкающие к Чернобыльской АЭС.

Перемещение радионуклидов в почвенно-покровных отложениях можно представить в виде трех миграционных потоков:

· склонов смыва;

· вертикального диффузионного потока;

· вертикального инфильтрационного потока.

Склоновый смыв наиболее динамичен, он зависит от эрозионной деятельности дождевых и снеговых вод.

Диффузионный путь движения радионуклидов самый медленный, его проделывают так называемые «горячие частицы»; продукты горения атомного реактора и инертные материалы, сброшенные в очаг пожара. Их средний размер 0,1-2 мкм, активность каждой частицы оценивается в 1-100 Бк, 50-70% этих частиц закрыты «рубашкой» из силикатов железа, т.е. находятся в негидролизуемой форме. Движущиеся «горячие частицы» очень медленно. За 10 лет после аварии они прошли путь не более 10-20 см.

Инфильтрационный вертикальный поток приносит радионуклиды в верхние водоносные горизонты. При движении через зону аэрации растворенные радионуклиды частично сорбируются, частично осаждаются на физико-химических барьерах или задерживаются водоупорными породами. Поэтому загрязнение подземных вод после Чернобыльской аварии оказалось неравномерным. Время существования гидрогеохимической аномалий, образовавшихся после Чернобыльской аварии, обычно ограничивалось двумя-тремя годами, необходимыми для разбавления и рассеяния их атмосферными водами. Вместе с тем, на участках, где в подземных водах аккумулировались долгоживущие радионуклиды, возможно длительное существование геопатогенных зон.

Радиоактивные отходы. Система обращения с РАО включает в себя следующие стадии их трансформации: сбор, переработку, хранение, транспортировку, захоронение и изоляцию. В результате изменяются физико-механические и фильтрационные свойства водовмещающих пород с возможными негативными последствиями.

Таким образом, в районах действующих АЭС экологическая обстановка близка к норме. Но риск возникновения аварийных ситуаций в этих районах существует всегда, как и возможность образования радиогидрогеохимических ореолов загрязнения. Как было показано на примерах предприятия «Маяк» и Западно-Сибирского химкомбината, подобные ситуации возможны во всех других местах сбора, переработки и хранения РАО.

Микробиологическое загрязнение. В подземных водах встречаются три группы бактерий: аэробные, факультативные и анаэробные. Распространение микрофлоры в подземных водах регулируется минерализацией, температурой подземных вод, гидрогеохимической обстановкой (Еh, рН) и наличием органического вещества, обеспечивающего питание микроорганизмов. В пресных водах живые организмы находятся в количестве дясятков-сотен тысяч бактерий в 1 мл. Это, главным образом, гнилостные бактерии и сапрофиты. Кроме того, в пресных водах функционируют водородоокисляющие, денитрифицирующие, разлагающие клетчатку, железоокисляющие, метанобразующие и другие бактерии. Особенно интенсивно микрофлора развивается на участках проникновения хозяйственно-бытовых и промышленных стоков, при просачивании инфильтрационных вод в местах свалок, выгребных ям, скопления отходов животноводческих ферм, свинокомбинатов, птицефабрик, на площадях нефтяного загрязнения.

В подземных водах могут быть обнаружены возбудители инфекционных заболеваний (брюшного тифа, холеры, чумы и др.), которые попадают в водоносные горизонты со сточными водами, проникают из могильников и другими путями. Время существования микроорганизмов ограничивается 30-400 сут. На продолжительность их жизни влияют условия питания, состав, минерализация и температура подземных вод, плотность микробного населения (чем больше плотность, тем больше продолжительность жизни). Живучесть болезнетворных бактерий увеличивается при поглощении их вмещающими породами. Таким образом, ореолы микробного загрязнения ограничены по площади распространения и времени проявления. Вместе с тем в отдельных случаях возможно образовании постоянно функционирующих ореолов микробного загрязнения и создание среды обитания болезнетворных бактерий. Такие очаги инфекции могут возникать в местах проявления крупных эпидемий заразных болезней, в местах захоронения жертв этих эпидемий. Главной гидрогеологической проблемой во всех этих случаях является правильный выбор местоположения водозаборных сооружений, обеспечивающий безопасную их эксплуатацию.

Тепловое загрязнение. Последствия воздействия теплового загрязнения могут быть различными. В частности, они могут приводить к деградации многолетней мерзлоты, нарушению теплового режима деятельного слоя. Рост температуры подземных вод не позволяет в ряде случаев использовать их для практических целей в соответствии с санитарными и другими нормами. В этих условиях меняются химический состав, вкусовые качества, биологические свойства и количество растворенных газов, особенно кислорода. Химические последствия изменения температурного режима подземных вод разнообразны. Во-первых, они приводят к созданию неравновесных гидрогеологических систем, обычно ускоряют (реже замедляют), течение химических процессов. Во-вторых, тепловое загрязнение, как правило, сопровождается другими видами загрязнений: химическим, микробиологическим, радиоактивным, что приводит к крайне нежелательным экологическим последствиям. Тепловое загрязнение подземных вод чаще всего связано с деятельностью электростанций, особенно атомных, и энергоемких производств, а также нагретых трубопроводов и буровых скважин. В этих районах создается своеобразный микроклимат, образуются контрастные тепловые аномалии, захватывающие грунтовые воды, сбрасываются большие объемы горячих и теплых вод.

«Теплые острова» появляются на территории городских агломераций, трасс трубопроводов добывающих скважин, дыхание их обогревает большие площади. Тепловое поле может изменяться и на больших глубинах (до 3 км) при откачках и закачках вод. Эти процессы наблюдаются при осушении горных выработок, работе водозаборов на участках добычи нефти и газа, особенно при искусственном поддержании пластового давления, закачке промстоков, в глубоких горизонтах дислокации месторождений термальных вод и парогидротерм, отборе петрогенного тепла системами эксплуатационных скважин. Тепловое загрязнение подземных вод сопровождается в этих случаях изменениями окислительно-восстановительного потенциала и кислотно-щелочной реакции, химического, газового состава воды, что, в свою очередь, приводит к кольматации пустот и трещин водовмещающих пород в результате выпадения в осадок солей и других веществ.