Город Барнаул также является мощным источником загрязнения водного бассейна. В расчете на одного жителя (с учетом загрязненных поверхностных стоков) ежесуточно сбрасывается в водоемы около 1 м3 загрязненных стоков. Поэтому город нуждается в мощных очистных сооружениях.
Концентрация аммиака в воде реки Барнаулки возрастает от истока к устью. Район устья реки - самое низкое место в городе, и здесь наблюдаются высокие концентрации поллютантов (двуокиси серы, окислов азота, тяжелых металлов и пр.). Это свидетельствует об интенсивном загрязнении воды органическими веществами бытовой природы. Их окисление идет с большим потреблением кислорода. В осенние сезоны воды рек Барнаулки и Пивоварки превышают допустимый гигиенический уровень 6 мг/дм3.[9]
Техногенные загрязнения реки Барнаулки характеризуются высокими концентрациями нефтепродуктов. Даже в створе выше города содержание нефтепродуктов в воде превышает ПДК (предельно допустимая концентрация) в 2-3 раза, а осенью - до 30 раз. В устье реки концентрация фенолов во все сезоны превышает ПДК в 4-5 раз.
Итак, огромный поток (свыше 160 000 тыс. мЗ/год) с содержанием нефтепродуктов, превышающим нормы ПДК в сотни раз, во много раз превышающим нормы по взвешенным веществам, аммиаку, железу, фенолам, СПАВ, красителям и др., выбрасывают в бассейн реки Обь более 2 тыс. тонн загрязнителей. Река не может справиться с такой нагрузкой, и это неуклонно ведет к экологическому бедствию - катастрофе глобального масштаба.
2.2. Загрязнение объектов экосистемы реки Барнаулки нефтепродуктами
Основными факторами, воздействующими на экосистемы рек, являются: изменение гидрологического режима в результате строительства гидротехнических сооружений (земляные плотины, дамбы), поступление загрязняющих веществ (плоскостной смыв с полей ядохимикатов и удобрений в период весенних и дождевых паводков), поверхностный сток с городской территории, деградация и уничтожение биоценозов рек в черте крупных промышленных центров. Одно из первых мест среди загрязнителей водных массивов реки Барнаулки являются нефтепродукты различного состава и происхождения, но одинаково опасные для экологии объекта. Нефтепродукты поступают в поверхностные воды и другие объекты экосистемы реки Барнаулки со сточными и хозяйственно-бытовыми водами, а также в результате выделений растительных (например, смолистые вещества, выделяемые хвойным лесом; углеводороды, образующиеся в результате гниения зеленой массы растений в заболоченной местности и т.д.) и животных организмов.
Предельно-допустимые концентрации (ПДК) нефтепродуктов составляют: для водоемов общесанитарного пользования . 0,3 мг/дм3, для водоемов рыбохозяйственного назначения 0,05 мг/дм3.
При поддержке РФФИ барнаульскими специалистами регулярно проводятся исследования в Алтайском крае: водных массивов, атмосферы, земельных и других ресурсов на предмет загрязненности. Также не так давно были проведены исследования снежных осадков, воды, поровой воды, донных отложений и почв водосборного бассейна реки Барнаулки на содержание органических токсикантов, в том числе и нефтепродуктов, в различные гидрологические периоды года (зимний, осенний, летний, весенний межень). Проведение таких исследований дало следующие результаты.
Пространственное изменение концентрации нефтепродуктов в водах реки Барнаулки в различные сезоны года имеет ряд общих тенденций. В периоды зимней и осенней межени, весеннего половодья наблюдается тенденция постепенного увеличения концентрации нефтепродуктов в воде Барнаулки на участках, подверженных прямой антропогенной нагрузке, т.е. в черте города Барнаула. Очевидно, основное поступление нефтепродуктов, как загрязняющих веществ, в эти периоды происходит с территории водосборного бассейна. В период летней межени наблюдается противоположная тенденция - постепенное снижение концентрации нефтепродуктов по всей длине реки. По-видимому, в этот период происходит окисление нефтепродуктов (в отсутствие сброса сточных вод), и их концентрация снижается. [10]
Изменение концентрации нефтепродуктов во времени в основных створах реки протекает следующим образом. В створах, не подверженных прямой антропогенной нагрузке, происходит постепенное увеличение концентрации нефтепродуктов в периоды зимней межени, весеннего паводка и летней межени и снижение в период осенней межени, с максимальной концентрацией в период летней межени. В створах, подверженных антропогенной нагрузке, концентрация нефтепродуктов во времени изменяется по-другому - происходит снижение концентрации нефтепродуктов в реке в период летней и осенней межени.
За весь год концентрация нефтепродуктов в реке Барнаулке колеблется от 0,02 мг/дм3 до 6,15 мг/дм3. В воде реки Барнаулки в зимнюю межень были идентифицированы углеводороды состава С12 - С36. Характер распределения таких углеводородов позволяет сделать вывод об их антропогенном происхождении (человеческом вмешательстве). В воде реки в период летней межени (июль) были идентифицированы органические соединения различных классов: углеводороды состава С8 - С28, а также высшие спирты, кислоты, производные антрацена, азото- и серосодержащие соединения.[11]
Концентрация нефтепродуктов в поровой воде донных отложений реки Барнаулки варьирует в пределах 1,0 мг/дм3 - 174 мг/дм3. В период конца паводка наблюдается удовлетворительная корреляция между концентрацией нефтепродуктов в поровой воде и поверхностных водах реки Барнаулки (r = 0,79). Высокие концентрации нефтепродуктов связаны с поступлением их со сточными водами промышленных предприятий города Барнаула и загрязненными водами реки Пивоварки.
По шкале оценки уровня нефтяного загрязнения, донные отложения (практически во всех створах реки Барнаулки) могут быть отнесены к чистым, умеренно-загрязненным (до 40 мг/100 г), а в периоды весеннего половодья и осенней межени к загрязненным (от 40 до 300 мг/100 г). В течение года концентрация нефтепродуктов в донных отложениях реки Барнаулки изменяется в пределах 0,03 мг/г - 2,46 мг/г. Пространственное изменение концентрации нефтепродуктов в донных отложениях реки неоднородно и зависит от времени года.[12]
В настоящее время нет единого критерия и показателя загрязненности почв бассейна реки Барнаулки нефтью и нефтяными компонентами, поскольку реакция почв бассейна реки на загрязнение нефтью, их чувствительность к нефти далеко не одинаковы не только в разных почвенно-географических зонах, но даже в пределах сопряженных ландшафтов. Некоторые авторы - экологи указывают, что нижний предел концентраций нефтяных компонентов в почвах бассейна реки Барнаулки, находится в пределах от 0,1 г/кг до 1,0 г/кг и еще не вызывает негативных явлений для этих почв.[13]
Чистота водных массивов – это очень серьезная экологическая проблема больших городов, в том числе и города Барнаула. Хотя за последние несколько лет постепенно сокращается сброс сточных вод промышленными предприятиями города Барнаула в бассейн реки Обь (в том числе в Барнаулку, Пивоварку и другие малые реки), они нуждаются в защите.
Рассмотрев данную экологическую проблему города Барнаула необходимо найти пути ее возможного решения.
2.3. Пути решения проблемы загрязнения экосистемы реки Барнаулки
Еще в Древнем Риме строили акведуки для снабжения свежей водой - канализационную сеть, бассейн отстойника и тем самым предотвращение засорения канализации и образования продуктов гниения (“дортмундские колодцы” и “ эмские колодцы”). Другим методом обезвреживания сточных вод была их очистка с помощью полей орошения, т.е. спуск сточных вод на специально подготовленные поля. Однако лишь в середине прошлого столетия начались разработка методов очистки сточных вод и систематическое строительство канализационных сетей в крупных городах.
Сначала были созданы установки механической очистки сточных вод. Сущность этой очистки заключалась в осаждении находящихся в сточных водах твердых частиц на дно, при просачивании через песчаный грунт сточные воды отфильтровывались и осветлялись. И только после открытия в 1914 году биологического (живого) ила, появилась возможность разработки современных технологий очистки сточных вод, включающих в себя возврат (рецикл) биологического ила в новую порцию сточных вод и одновременную аэрацию суспензии.[14]
Все методы очистки сточных вод, разработанные в последующие годы и до настоящего времени, не содержат никаких существенно новых решений, а лишь оптимизируют разработанный ранее метод, ограничиваясь различными комбинациями известных стадий технологического процесса. Исключение составляют физико-химические методы очистки, в которых используются физические методы и химические реакции, специально подобранные для удаления веществ, содержащихся в сточных водах.
Способы физико-химической очистки сточных вод, применяемые в крупных городах на современном этапе можно увидеть в таблице 2, представленной ниже.
Таблица 2
Физико-химическая очистка сточных вод
| 1 | Нейтрализация |
| 2 | Флокуляция (объединение коллоидных частиц в рыхлые хлопьевидные агрегаты) и осаждение |
| 3 | Умягчение сточных вод |
| 4 | Очистка скребками и перегонка |
| 5 | Адсорбция, ионный обмен, экстракция |
| 6 | Обратный осмос и ультрафильтрация |
| 7 | Удаление аммиака биологические методы (нитрификация) физико-химические методы (очистка, ионный обмен, обратный осмос, отгонка с паром) |
| 8 | Окислительная очистка сточных вод сжигание влажное окисление· H2O2 / Fe2+ (реагент Фентона)· O3 (озонирование) |
Сточные воды промышленных предприятий города должны вначале подвергаться физико-химической очистке, а затем биологической. Необходимо контролировать содержание вредных веществ в сточных водах, поступающих на биологическую очистку, оно не должно превышать определенных значений (таблица 3)