Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Влияние глубоководного выпуска хозяйственно-бытовых сточных вод на гидрохимические условия Ялтинского залива и прилегающих акваторий

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Влияние глубоководного выпуска хозяйственно-бытовых сточных вод на гидрохимические условия Ялтинского залива и прилегающих акваторий"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ЩЦ^МЕГЕОРОЛОШИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 551.464:628.29(262.5)

КОВРИГИНА Наля Петровна

- ВЛИЯНИЕ ГЛУБОКОВОДНОГО ВЫПУСКА Х03ЯЙСГВЕНН0-БЫГОВЫХ СТОЧНЫХ'ВОД НА ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЯЛТИНСКОГО .ЗАЛИВА И ПРИЛЕГАЮЩИХ АКВАТОРИЙ.

. Специальность-.

II.00.11 - охрана окружающей среды и рацио-сальное использование природных ресурсов

Автореферат \ _ ,диссертации на-соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Институте биологи:' юкных морей им. А.О. Ковалевского Академии каук Украинской ССР

Научные руководители - доктор географических наук,

профессор В.И. Зац

кандидат географических наук ' • Е.Ф. Шульгина-

Официальные оппоненты - доктор географических наук

В.В. Сапожников

кандидат географических наук O.A. Симонова

Ведущая организация - Морской гидрофизический . институт АН УССР

Защита диссертации состоится »/¿7 Ч?!1991 г.

час. " мин. на заседании специализированного

совета К 024.02.01 в Государственном океанографическое

институте (П9838, ГСП, Москва, Г-34, Кропоткинский пер. 6).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного океанографического института.

Автореферат разослан "

1991 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА п\БОТЫ

Актуальность работа. Резко усилившееся в последнее время антропогенное воздействие на экосистемы Чёрного и других мо -рей касается в первую очередь прибрежной и шельфовой зон как наиболее осваиваемых акваторий. Проблема охраны этих аквато -рий от загрязнения приобретает особую актуальность в связи с активной эксплуатацией их минеральных и биологических ресур -сов, а таете использованием морского побережья в рекреацион -ных и лечебно-оздоровительных целях.

. . Высокие объёмы сбрасыг^емых в прибрежнуи часть моря хо -'зяйственно-бытовых и других сточных вод. являются причиной из. мнения гидрохимического фона морской воды как в локальных : районах, так и на больших акватоучях. В этих районах процессы ' .загрязнения превалируют! над процессами самоочищения сбрасыва-' . емьк а море загрязняющих веществ, что неизбеямо приводит к нарушению равновесия в экологических системах.

В этой связи возникает необходимость исследования гидро- ! химической структуры вод прибрежных акваторий в районах пос -сумели* сточных вод, в Жесткости хозяйственно-бытовых, как доминиругцаго ввда стоков большинства курортных городов черноморского побережья.

Предлагаемое-исследование посвящено проблеме изучения особенностей трансформации хозяйственно-бытовых сточных вод а море при йс ¡вдФпкда>д«ом выдуске» В качестве объекта исследований автором выбран Ялтинский залкжа где с 1979 года действует зкспэриментальный гдубокозодный выцуск сточных вод, ладящийся в настоящее зрешг каибодае рациональным средством аддо моря от загрязнения.

Цель настоящей работы - изучение впяния глубоководного выпуска х о збытовых сточных вод на гидрохимические условия Ялтинского залива и прилегающих акваторий. При этом решаются следующие конкретные задачи:

- исследование процесса трансформации загрязнения при различных условиях распространения полей сточных вод в заливе; изучение кинетических характеристик процесса;

- изучение влияния выпусков разной глубины на гидрохимические условия вод залива; оценка влияния выпусков на состояние загрязнённости исследуемой акватории;

- исследование особенностей трансформации загряз.»лющих веществ в условиях лабораторного эксперимента; изучение кинв- -тических характеристик процесса регенерации форы азота в загрязнённой морской воде;

- расчёт составляющих баланса биогенных веществ; оценка предельно допустимой нагрузки сточными водами на акватория

залива. ...

Научная новизна. На основе анализа многочисленных гидрохимических наблюдений получены представления о распределении гидрохимических показателей вод Ялтинскйго залива при работе выпусков сточных вод, расположенных на разной глубине и разных удалениях от берега. Сделана количественная оценка эффекта глубоководного выпуска по интенсивности изменчивости среднегодовых концентраций гидрохимических показателей в заливе при заглублениях выпуска с 11,5 м до 86 м.

Впервые подучены материалы, характеризующие скорость трансформации загрязнения по гидрохимическим показателям в затопленных и выходящих на поверхность полях сточных вод и определены диапазоны констант скорости в зависимости от заглубления, удаления от выпуска, концентрации гедрохимических

соединений в полях сточных вод. Устаног гно, что в условиях полкой эксплуатации глубоководного шцуска процесс трансформации загрязнения на глубине идёт медленнее, чем на поверх -ности.

Также впервые произведён сравнительный анализ кратности изменения концентраций гидрохимических показателей при горизонтальном продвижении полей сточных вод на глубине и на поверхности. Оцеиг -а доля участия биохимических процессов в общей трансформации загрязнения, происходящей на глубинах 72-80, 56-70 м и в поверхностном слое 0-9 м.

В лабораторных условиях получены константы скорости регенерации минеральных форм азота в загрязнённой морской воде по их максимальным концентрациям на кинетических кривых. Величины констант использованы для £ почёта баланса биогенных веществ в Ялтинском заливе.

Оценена доля поступления биогенных веществ со сточными водами в общем их поступлении в залив с естественными и антропогенными источниками. Применение уравнения баланса позволило на основе рассчитанных элементов баланса определить ЦДН на залив сточнкми ведами.

практическая значимость работы. Подходы, разработанные в процессе исследования гидрохимических процессор, происхо -дящих на морской акватории под влиянием хозбытового стока, могут'широко использоватьоя при решении аналогичных задач в различных регионах страны, ¿частности, при выборе оптимальных мест для расположения пр^режных аквахозяйств. Опыт исследования в Ялте уже применен при проектировании и строительстве глубоководных выпусков в шелъфовой зоне Чёрного моря в районах Симеиза, Севастополя, Сухуми. Кроме того, содержь

- б -

щиеся в работе данные могут быть испольоованы при прогнозировании экологической ситуации в районах сброса и прилегающей акватории, и прогнозировании допустимой нагрузки отдельных аквато -рий-сточными водами.

Защищаемые положения. Автор защищает:

- результаты экспериментальных исследований по трансформации хозбьгтового загрязнения в затопленных и выходящих на поверхность полях сточных вод;

- экспериментальные результаты по оценке вклада биохимиче- . ских процессов в общей трансформации загрязнения;

- результаты, характеризующие эффект глубоководного выпуска хС'Збыговых сточных «од по гидрохимическим показателям^

Публикация материалов и личный вклад автора. По теме. дис. -сертации с>, .линовано 15 научных работ, в том числе три раздела монографии "Изменение физико-химических свойств морских вод под в'-.-чием загрязнения", 2 статьи находятся,в печати. В работах, выполненных в соавторстве, вклад автора равноценен. Автор лично участвовал в 15 экспедициях по изучению гидрохимических условий - Ялтинском заливе и в проведении 13 лабораторных экспериментов по исследованию процесса деструкции нестойкого органического вещества (НОВ) загрязнённых морских вод в зависимости от раз личных океанографических факторов. '■ . >

Апробация работы. Результаты работы неоднократно, доклады -вались на семинарах отдела прикладной океанологии ИнБШ АН УССР, на научно-практической конференции, посвященной 200-летии города-героя Севастополя (1982); на конференции "Органическое вещество и биогенные элементы во внутренних водоёмах" в Петрозаводске (1983); на'конференции "Экология и рациональное использование природных ресурсов Южного региона Украины" в Севастополе

(.1984); на конференции "Совершенствован..^ управления развитием рекреационных систем" в Севастополе (1985); на Всесоюзном яаучном семинаре "Методология прогнозирования загрязнения океанов и морей" в Севастополе (1986); на конференции по проблемам комплексной застройки Юасного берега Крыма в Симферополе (1988); на Ш съезде советских океанологов в Ленинграде (1987); на Всесоюзном научном симпозиуме "Океанографические аспекты охраны морей и океанов от химического загрязнения" в Одессе (1983); на Всесоюзном симпозиуме "Изменчивость черноморских экосистем" в Москве (1988); на семинаре отдела проблем нормирования антропогенных нагрузок на морские экосистемы" ОдО ИнБШ АН УССР в Одессе (1989); на Ш Всесоззной гвд -рохимической школе в Москве (К90){ на семинарах лаборатории мониторинга загрязнения морской среды ГОИН в Москве (1990).

Структура и объём,,.диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы» Материал изложен на 19? страних$« машинописного текста, 30 рисунках и 37 таблицах. Список литературы вкличает 95 наименований, а том числе 38 иностранных. Нумерация формул производится йв главам, нумерация рисунков и таблиц сквозная.

" ССДЕЬлШЗ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная! нйвизна, Практическая значимость полученных результатов, изложены основные положения, которые выносятся на защиту, дана краткая информация о структуре диссертации и о публикациях по основным результатам работы.

В первой главе, которая носит обзо; -гый характер, рассматривается современное состояние проблемы сброса сточных вод в море. Сброс вблизи берега монет привести к необратимым изменениям в химической структуре морской воды. Приводятся данные об эвтрофи-кации прибрежных вод в различных странах, в том числе СССР, СРР, НЕБ, Турции, вследствие возрастающего антропогенного воздействия.

В качестве одного из способов улучшения трофического состояния морских прибрежных вод обсуждается предварительная очистка сточных вод; приводятся примеры современных научных и инженерных решений этого вопроса в нашей стране и за рубежом. Отмечается, что одна лишь очистка недостаточна для охраны прибрежной полосы моря от загрязнения. В будущем вполне вероятна перестройка городского водоснабжения по принципу замкнутого оборота. Наиболее аффективным природоохранным мероприятием в настоящее время является сочетание полной биологической очистки с глубоководным сбросом сточных вод. Несмотря на широкое распространение глубоководных выпусков в мировой практике,многие вопросы остается неясными. Дискуссию вызывают вопросы длины и глубины выпусков, е также степень очистки сточных вод перед сбросом в море.

В связи со строительством первого в нащей стране глубоководного выпуска сточных вод в Ялтинском заливе рассмотрены океанографические условия глубоководного сброса и представлено обоснование основных параметров сброса, таких как удаление от берега в 6,2 км и заглубление на 86 м. В этой жо-главе приведена гидре.Химическая характеристика вод залива до строительства глубоководного выпуска (при работе мелководного выпуска на глубине 11,5 м в 200 м от берега), а также освещены некоторые результаты гидрохимических работ, подученные во время строительства отдельных этапов глубоководного выпуска, продолжавшегося оходо

' 7 лет /Зац и соавт., 1973; Шульгина, Кракова, Куфтаркова, 1978/.

Анализ состояния-изученности проблемы сброса сточных вод В море послужил основой для постановки задач исследований.

Во второй главе излагается методика исследований и приводится описание массива лабораторных и натуг их данных, полученных при изучении процесса распада НОВ.

В лабораторных условиях рассматривалось влияние температуры, степени загрязнения, аэрации, освещённости и др. факторов на скорость распада НОВ методом моделирования процесса в закрытых склянках, ёмкостью ¿50 мл и открытых 100-литровых аквариумах. Пробы фильтровали через крупный планктонный газ,экспозицию проб в склянках проводили в термостате, пределы измерения температуры в котором не превышали 0,5-1,0°С. В про -бах определялось содержание растворенного кислорода, биохимическое потребление кислорода на пятые сутки, хлорность, величина рй,. концентрация минеральных и органических форм азота и фосфора /Руководство по морским гидрохимическим исследованиям, 1959; Руководство по методам химического анализа мором« вод, 1977/, а также пврманганатная окисляемость в щелочной среде /Методические указания № 30, 1966/, Исследования продолжались о 1968 по 1979 г.г., всего поставлено 28 экспериментов разной продолжительности, s.которых выполнено более 5000 анализов.

Изучение гидрохимических условий Ялтинского валива про -водилось на акватории от мыса Ай-Тодор до мыса Никитин в уз -кой прибреяной зоне, зоне водопользования и в открытой части залива (б миль от берега). Пробы отбирались на стандартных горизонтах и на глубине затопления поля сточных вод, которая . определялась in situ с помощъп буксируемого флуориметра,

изготовленного Немировским М.С. по схем, Карабашева Г.С. /Зац и др., 1973/. Исследования в затопленных полях сточных вод в отечественной практике нами проведены впервые. Одновременно с определением концентрации флуоресцирующего красителя уранина, используемого в качестве ивдикатора сточных вод, производился отбор проб батометрами на химико-биологические анализы. В пробах определялись те же гидрохимические анализы, что и в лабо -раторных условиях, ¿идробиологические работы выполнены сотрудниками отдела планктона Сеничкиной Л.Г. и Шумаковой Г.В. Определения отдельных санитарных показателей сделаны сотрудниками Киевского института общей и коммунальной гигиены им. к.Н. Мар-зеева. Работа в заливе продолжалась с 1968 по 1986 г.г.; Пробы отбирались на 635 станциях,' выполнено около 9400 гидрохимических анализов. Использованы также материалы мониторинга Ялтин -ской гидрометеостанции за период с 1968 по 1982 г.г. Все имеющиеся материалы.были подвергнуты статистической обработке /Парчевская, 1969/. .

Количественная оценка многолетней изменчивости гидрохимических показателей в заливе определена по интенсивности их изменчивости для двух временных рядов /Денисов, 1975/, для чего имеющиеся ряды среднегодовых по заливу величин'были испытаны на тренд. Для этого рассчитаны значения нормированной статис -тики и доверительной вероятности наличия тренда в ходе Среднегодовых значений концентраций изучаемых соединений, уравнения регре.'зии, а такяе ошибки ( ^ ) коэффициентов регрессий ($ )<• Для подтверждения правомерности выбора метода Денисова П.П. величину коэффициента регрессии определили также методом наименьших квадратов /Дьяконов, 1985/.

- п -

В третьей главе приводятся результ... »'ы исследований по динамике форм азота во время биохимического окисления НОВ в лабораторных условиях. Длительная экспозиция загрязнённой морской воды в закрытых склянках и аквариумах позволила установить особенности каждой из двух фаз рассматриваемого процесса.

I фаза биохимического окисления (аммонификация) характеризуется снижением величин окисляемости до минимальных значений; в сильно загрязнённой морской воде (6+12 мгО/л) снижение происходит в 3, в менее загрязнённой (3* б мгО/л) в 2 раза. В аквариумах снижение окислят-ости до минимальной (30-5®) от начальных величин происходит в течение 14 суток; в склянках за 9 суток снижение окисляемости происходит всего на 20 %. Аммонийный азот образуется и проходит максимум; его начальные значения, а также интенсивность распада органического азота находятся а прямой зависимости от степени загрязнения. Ско -рость окисления аммонийного азота до нитритов удовлетворительно описывается формально-кинетическим уравнением реакции 1-го порядка. В сравнительно чистой морской воде органический азот преобладает, содержание аммонийного азота низкое; в загрязнённой превалирует аммонийный азот. Но сумма органичес -кого и аммонийного азота примг но одинакова в воде любой степени загрязнения.

:Во время П фазы биохимического окисления (нитрификации) окисляемость остаётся без изменений. Повышение температуры и степени загрязнения ускоряют срок наступления процесса нитрификации. В склянках объёмом £ 3 мл она наступает раньше и имеет более высокий максимум по сравнению со склянками объёмом 300 мл. Численность гетеротрофных бактерий к началу нитрификации возрастает, а юс максимум совпадает с максимумом

нитритов. Образование нитритов и нитраг._1В происходит одновременно (■£ = 0,60). Обогащение кислородом морской воды в аква -риумах вызывает ускорение начала нитрификации. При интенсив -ной аэрации инкубируемой прооы наблюдаются максимальные кон -центрами окисленных форм азота.

Определяющим показателем загрязнения морской воды в об -щей численности фитопланктона была численность синезелёных водорослей, которая ь первые пять суток экспозиции находилась 8 обратной зависимости от концентрации аммонийного и нитритного азота = -0,63). ,. ■ '

По найденным опытным путём величинам.концентрации аммиа - ' ка, нитритов и нитратов в загрязнённой морской воде, имеющей начальные концентрации этих веществ, определены констачхы око- ■ рости регенерации промежуточных (аммиака и нитритов) и конечного (нитратов) продукта, используя положение точек максимума на кинетических кривых промежуточных веществ. Б основу расчетов ' положена модификация кинетического уравнения, описывающего рас-, пад органического вещества в загрязнённой морской воде, учиты вающая поправку на начальное содержание первого промежуточного продукта.

/ в гГА (I)

где С, - концентрация аммиака; ^ - концентрация исходного вещества; С° - начальная концентрация аммиака; 'С/ -' константа скорости регенерации аммиака; Кп - константа скорости регенерации нитритов; ¿ - время.

С использованием уравнения устанавливаются связи между величи- ' нами констант, максимальной концентрацией первого цромеаэтюч -ного продукта и временем достижения его максимума. Для решения

уравнения введены безразмерные переметог-э:

■г-уС/. 9 - ^ ■ у - . у. С С , £(»), лг >

Уравнение (I) решено нами графически в виде двух вычислительных номограмм. Первая номограмма позволяет по извест -ним величинам 1 и определить X . Вторая номограмма даёт возможность по найденному значение X и известному у определить Г

Константы скорости регенерации аммиака, нитритов и нитратов рассчитаны по всем имеющимся данным. Величина константы скорости регенерации аш:;ака С ) колеблется в преде -лах от 0,20 до 0,63. Константа скорости регенерации нитритов { Л^ ) и нитратов ( Кг} ) на один-два порядка ниже константы скорости регенерации аммиак^. Величины констант использованы для расчёта баланса биогенных веществ в Ялтинском заливе.

В четвёртой главе рассматриваются особенности процесса трансформации НОВ и других компонентов стока в затопленных и выходящий; на поверхность полях сточных вод. Представлены результаты исследований по изучению влияния хозбытового загрязнения при его глубокойодном сбросе и влиянию сгонно-нагонных явлений на гидрохимические условия Ялтинского залива. Анализируется 'материалы наследован! 1 по влиянию выпусков разной «(убикы-на. санитарное остояние поверхностных вод залива. На основании полученных материалов дана оценка эффективности работы глубоководного выпуска сточных вод.

Строительство глубоководного выпуска позволило провести уникальные исследования яо трансформации затопленного поля сточннх вод в условиях его эксплуатации (1979-1983 г.г.), а также при аварийной ситуации на трубопроводе в 1986 г., когда сточчые воды сбрасывались я I км от берега на глубине 39 м.

Все наблюдения проведены летом при наибольшей рекреационной нагрузке на залив; в это время процессы трансформации загрязняю -щих веществ интенсифицируются достаточно высокой температурой воды и солнечной радиацией. Затопленные поля сточных вод уда - . лось проследить на расстоянии от 400 до 5000 м от выпуска. Глубина затопления при работе глубоководного выпуска составляла в основном 30-50 м; в отдельных случаях поле сточных вод находилось в придонном ы.^е (60-85 к). Наблюдения проведены при отсутствии предварительной очистки и после механической очистки.

При горизонтальном продвижении полей сточных вод происхо- ■. дило постепенное снижение концентраций гидрохимические показателей и приближение их значений к фоновым. Их максимальные градиента наблюдались вблизи выпуска на расстоянии до 400 м от вы-цуска, в поверхностном слое их величины в 2-3 раза были выше, чем на глубине; в полях'очищенных сточных вод были значительно ниже неочищенных. • ,

Концентрация гидрохимических показателей в трансформированных сточных водах на глубине 70 и более метров имели значения, приближенные к величинам этих показателей в окружающих морских водах, вследствие чего на глубинах гидрохимические показатели становились менее чувствительными к хазбытовому загрязнению, чем на поверхности. Индикаторами загрязнения на глубинах оста -вались санитарно-бактериологические и вирусологические показатели* На основании гидрохимических данных, полученных при гори - \ зонт,- пьном продвижении полей сточных вод в условиях различных , температур и концентраций загрязнений определена скорость про цесса трансформации загрязняющих веществ, описываемого уравне -ниш реакции первого порядка. Константы скорости рассчитаны по кинетическому уравнению распада органического вещества;

4 (2)

где - концентрация органического вещества в момент времени; С0 - концентрация органического вещества в начальный момент; К - показатель'скорости распада, именуемый в литературе-константой скорости; t - время.

В поверхностном слое на расстоянии до 50 м от выпуска константы скорости имели максимальные величины: 8,05 по окисляемости, 2,16 по минеральному фосфору, 9,94 по органическому фосфору и 3,98 сут"^ по органическому азоту. При заглублении поля сточ -ных вод вследствие снижения интенсивности фотосинтеза, низких температур и отсутствия связи с атмосферой скорость процесса снижается. При удалении поля сточных вор от источника загрязнения идёт замедление процесса за счёт снижения концентрации загрязнения. - Величины констант уменьшаются на один-два порядка.

Повышение скорости течения ускоряет процесс трансформации вследствие интенсификации процессов перемешивания. При повыше-■ нии скорости течения в 5 раз константы скорости по минерально- ' му фосфору.увеличиваются в 20 раз, а по окисляемости - на по- ', рядок. .

Снижение начального загрязнения с помощью предварительной механической очистки сточных вод уменьшает концентрацию орга -нического вещества; константы скорости очищенных вод по окис -ляемости в 3 paja ниже, чем неочищенных.

Изменение концентраций гидрохимических показателей в процессе трансформации происходит за счёт совместного действия , биохимических процессов и физического разбавления. Гидрохими -. ческие данные, полученные при горизонтальном продвижении затопленных полей сточных вод позволили выделить долю биохимичес -: ких процессов, используя величины кратностей общего изменения

гидрохимических показателей ( л/а ) и физического разбавления ( У ). Величины л/ рассчитаны по формуле смещения:

// = ■*>—**' . О)

где -Xg - концентрация гидрохимического показателя на выпуске; • -Хм - концентрация в точке наблюдений; Хм - концентра-.иия в наиболее удалённой от выпуска точке наблюдений, принятая

3Sf фон.

Ыпцяини f/y определены как отношениё. концентрации красителя м выпуске к концентрации в точке наблюдения. Кратность Изме -,- -ия концег^аций гидрохимических показателей за счёт биохи -мических процессов ( А/{иох ) определена как частное от деле ния и/ на а/ . '• - ;; ■• ■ " '.

В затопленном поле сточных вод на расстоянии до 400 м от выпуска биохимические процессы проходя« медленнее физических« величины ¿/¿!,ох значительно ниже л/f fi по окисляемости и фосфатам - в по нитрата.! - в 4, по органическоцу фосфору - в -2,5 раза. С удалением от выпуска доля биохимических процессов ' ~ общей трансформации загрязнения снтсается. На расстоянии б20к от выпуска ¿/¿ив*. становится ещё ниже Л^ s по окисляемости. в 9, по фосфатам в 8, по нитратам i 7,5, по фосфоруорганичеококу в 4 раза.: Ш* давние скорости течения в глубинной толще вод ускоряет процесс физического разбавления к увеличивает интенсивность общей трансформации аагрязнения, в которой доля биохимк-ческих процессов снижается.' :'.

В поле сточных вод, выходящем на'поверхность, до 400 м от источника загрязнения вклад физических и бйохииичвокихпроцес-сов в общий npôqicc ТЕшафориирси ^ацоциик.. : С удмчнмм .гдо*. выпуска, так же, .как на глубине, гдоля биож1..ичеоюос процессов

снижается. На поверхности биохимические процессы проходят я

«

1,5-3 раза быстрее, чем на глубине.

Исследования по изучению влияния выпусков различной глубины на гедрохимические условия Ялтинского залива показали, что при сброс» „точных вод в море через близбереговой выпуск, глубина 11,5 м, в зоне его влияния отмечены значительные из -мейения гвдрохимических показателей по сравнению с условно чистой морской водой. Содержание органических и минеральных форм азота и фосфора на поверхности моря на два-три порядка превышало фоновое значение, что создавало аномальные условия для жизнедеятельности гидробионтов. Отмечено уменьшение числа видов фитопланктона на 20-30%, мельчение клеток водорос - .■ лей, а также преобладание гетеротрофной биомассы над авто -трофной в 4-20 раз. .

При работе глубоководного выпуска вследствие большой ■ глубины сброса сточных вод (86 м) и наличия плотностной стратификации обеспечивается затопление сточных вод и сохранение концентраций гидрохимических показателей в поверхностном слое близких к фоновым значениям. Ослабление плотностной стратификации приводит к частичному проникновению-на поверхность трансформированных сточных вод в районе их выпуска, что говорит о необходимости усиления существующей предварительной очистки сточных вод (подключении второй ступени - биохимической очистки).

Повьиение величин отдельных гидрохимических показателей в узкой прибреж ий зоне, зоне водопользования и на контрольной станции (6 миль от берега) происходит вследствие влияния дополнительных источников загрязнения, какими являются ава -рийше Влизбереговые выцуски, речной сток, рекреационная нагрузка, пробоина в трубопроводе, трасса судоходства и др.,

снижающие эффективность работы глубоководного выпуска сточных

Чг;Т,

вод.

Исследования по изучении влияния сгонно-нагонных явлений на санитарное состояние зоны водопользования залива показали, что во время сильных сгонов при работе глубоководного выпуска подъёма сточных вод на поверхность моря не происходит. При аварийной ситуации на трубопроводе (сброс на глубине 39 м в I км от берега) выход сточных вод на поверхность и перемещение их к берегу обнаруживается по повышенным величинам окисляемости (2,60 мгОл-*), БПКд (4,75 мл.л"^), концентрациям нитритов (4 мкг.л~Ь I фосфатов (67 мкг.л""^).

Оценка эффективности работы глубоководного выпуска сделана по изменению состояния загрязнённости на его поверхности. При заглублении выпусков с II,5.до 39 метров величины концентч раций гидрохимических.показателей на поверхности самих выпуо -ков снизились по окисляемости в 4, по фосфатам в 8 и по нитритам в 3 раза. Дальнейшее заглубление выпуска до 86 м привело к 'уменьшению на его поверхности концентраций биогенных веществ и окисляемости ещё в 2 раза.. • ■ '

Результаты многолетней изменчивости концентраций фосфатов и нитритов, величины окисляемости и БПКд, полученных по сред -негодовда з ..чениям на поверхности станций мониторинга.поэво -лили количественно оценить трчденции к интенсивности изменчи вости, для чего имеющиеся рады среднегодовых по заливу величин были испытаны на греад. Коэффициенты регрессии ( € ), полученные двумя способами, мало отличаются друг от друга; Для нитритов и окисляемости их значения совпадают. Согласно расе« тан ным за период с 1969 по 1982 г.г. уравнениям регрессии проис -ходило уменьшение концентрации фосфатов и {..¡тритоа на 0,33 мкг.л"^, БПКд - на 0,11 мл.л~* и окисляемости - на 0,21

мгОл-1 в год. Коэффициенты регрессия, рассчитанные для периода с 1969 по 1986 г.г.., включая аварийную ситуацию на труб о -проводе,' значительно ниже; они составляли 0,07 (для фосфатов); 0,28 (для нитритов); 0,10 (БШу и 0,14 соответственно для окисляемости.

Результаты гидробиологических исследований подтверждают значительное улучшение состояния фито- и бактериопланктона поверхностных вод залива. Численность сапрофитной микрофлоры в зоне водопользования и на всей акватории залива не превышала 1000 колоний на I мл воды, средние значения численности, биомассы и объёма клеток суммарного фитопланктона в зоне во -допользования и в чистой воде сопоставимы между собой /Сенич-'кина, ЧепУрнова, 1983/.

Санитарно-бактериологические исследования показали, что глубоководный выпуск не оказывает отрицательного влияния на прибрежную зону, в частности на зону рекреация. Микробное загрязнение отмечено лишь в районе оголовка выпуска, на глубине 85 м /Корчак, Григорьева, 1983/. Там же, в узколокальной зоне, • прилегающей к' оголовку выпуска (по данным бентосных исследований ИнБШ АН УССР), биоценоз фазеолины находится в угне -тённом состоянии.

Полученные результаты позволили дать высокуг оценку эффективности работы глубоководного выпуска и рассматривать его эксплуатацию как основное профилактическое мероприятие по предотвращен -о загрязнения прибрежной зоны моря.

В пятой главе представлены результаты расчётов предельно допустимой нагрузки сточных вод на залив и прогноза ожи -даемой концентраций фосфатов в нём к 2000 году по методу баланса, разработанного в Государственном океанографическом институте.

-го -

Для решения уравнения баланса и оценки влияния .сточных вод на акваторий залива был сделан расчёт элементов баланса за 1982 год по минеральному фосфору и нитратам, как основным загрязни « телям морской среды при сбросе бытовых сточных вод,

В приходную часть баланса вошли: приток биогенных веществ со сточными водами, поступление со стоком рек Быстрой, и Водопад ной, поступление за счёт деструкции НОВ сточных вод, регенераци минерального фосфора из отмершего планктона. Элементы расходной части баланса включают: обмен биогенными веществами между зали« вом и предзаливным пространством моря, утилизация минерального фосфора мик^. }планктоном в заливе.

.. В результате анализа полученных данных установлено, что ежегодно из естественных и антропогенных источников поступает большое количество минерального фосфора и нитратов. Минеральны! фосфор поступает в залив в основном оо сточными водами, их поступление составляет 82Й бт общего поступления (без учёта водО ■ обмена) и гревышает. пас.плениз нитратов в 5 раз. Нитраты пос < тупают в залив преимущественно с речном стоком, что составляет ."Ой от общего поступления и превышает поступление минерального фосфора в 4 раза, Полученные данные свидетельствуют о высоком нитратном загрязнении залива речным стоком, основная доля кото рого может ель отнесена за счёт сельскохозяйственной деятель ности (виноградники, сада, лглные массивы). -

Анализ ожвдаемых к 2000 году концентрадай фосфатов, рас -считанных по уравнению баланса ,7 . ,

где Мг - масса фосфатов 8 водном объекте р момент времени t М„ - масса фосфатов в водном объекте в момент времени £ ;

ZK- сумма коэффициентов скоростей вывода фосфатов из водной толщи объекта; - скорость поступления в объект при

разных объёмах сточных' вод показывает, что при объёме от 60 3 -I

до 120 тыс.м .с_тки в залива не происходит изменений в концентрации минерального фосфора. Дальнейшее увеличение объёма сточных вод приведём к накоплению фосфатов в заливе. Поэ-

3 : т

тому объём сточных вод в 120 тыс.м .сутки-1 является цреде -льно допустимой нагрузкой на залив.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. Установлено, что за счёт эффекта глубоководного вы -пуска сточных-вод произошло снижение средних по поверхности в заливе величин окисляемости и содержания нитритов в 2 раза, фосфатов - в 3, БПК^ и нитратов - в 4 раза.

, 2. Определена тенденция и интенсивность изменчивости среднегодовых концентраций фосфатов, нитратов, величин БПКд и.окисляемости за период с 1969 по:1982.г.г. Согласно рассчитанным уравнениям регрессии происходило уменьшение концентраций фосфатов и нитритов на 0,33 мкг/л, БПКд - на 0,11 мл/л и окисляемости - на 0,21 мгО/л в год. Коэффициенты регрессии, рассчитанные для периода с 1969 по 1986 г.г., когда отмечена аварийная ситуация на трубопроводе и сточные воды выходили на глубине 39 метров, имеют более низкие значения: 0,07 для Р043"; 0,28 для -V02; 0,10 для БПКд; 0,14 для окисляемости.

3. Установлено, что.в затопленном поле сточных вод в условиях полной эксплуатации глубоководного вьщуска идёт замедление процесса трансформации загрязнения по гидрохимическим параметрам в 2-10 раз по сравнению с поверхностью.

Уменьшение глубины затопления и увеличение скорости течения повышают, а удаление от источника загрязнения снижает ско -рость трансформации на один-два порядка. Предполагается, что это обусловлено изменчивостью соотношения вкладов физических и биохимических процессов.

4. Удалось показать; что при горизонтальном продвижений полей сточных вод скорости.биохимических и физических прз -цессов на поверхности имеют сопоставимые величины, на- Глу -» бине биохимические процессы вдут в 2-3 раза медленнее; фхш-ческих и в 1,5-3.раза медленнее,.чем на поверхности

5. Оценена доля Поступления, биогенных' веществ <£®да* 'ныш водами в общем'поступлении их в залив с естественными . и антропогенными источниками. Поступление фосфатов состав --ляет 82 % от общего и превышает поступление нитратов в б раз, Основной формой,минерального азота при деструкции нестойко-' го органического вещества сточных вод является азот аммонийный, он ¿оставляет 48 % от 'общего , поступления Уорг. Качество вносимых с речным стоком нитратов .составляет 70 % от, общего поступления'в залив,: и превышает поступление фосфатов ъ 4 раза, ' . '

6. На основании рассчитанных элементов баланса по ми -неральному фосфору в Ялтинском заливе определена предельно допустимая нагрузка на sbjwb сточными водами, равная 120 тыс.м^/сутки; дальнейшее увеличение'объёма сточных вод приведёт, к накоплению фосфатов в заливе. •

7. '¡оказано, что вьщуск, расположенный на гл/бине 86 м, с 'эспечиваеу утопление поля сточных вод при разной сила сгонах, таким образом сохраняя чистоту прибрежной зоны, . тогда как при малых глубинах сброса даже слабые сгоны веду

к возникновении однородного водного слоя и загрязнению по -верхности сточными водами,

8. Установлено, что Ялтинский залив и прибрежная часть моря в настоя.,зе время не эвтрофярованы. Отмеченное нами в отдельные периоды повыгЛние концентрации фосфатов и нитра -тов имеют короткопериодный и локальный характер. Избежать эвтрофикации вод залива позволит полная ликвидация всех мелководных выпусков в сочетании с обязательной полной (меха -нической плюс биологической) очисткой.сточных вод перед сбросом их в море через глубоководный выпуско ' ■

ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ ' ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ

1. Куракова Л.В., Ковригина Н.П. Особенности процесса нитрификации' в загрязнённой морской воде // Съезд советских океанологов: Тез. дохл, - Кот. 2. - U., 1977. - С. 2I0-2II.

2. Куракова Л.В., Ковригина Н.П. Влияние аэрации заг -рязнённой морской воды на процесс нитрификации // Тез. докл. и сообщений республиканской конф. "Охрана природы и рацио -нальное использование природных ресурсов Юга Украины. -Симферополь, 1977. - С. 50.

3. Ковригина Н.П., Секичхина Л.Г. Динамика ф^рм азота и фитопланктона при разной степени загрязнения морской воды // Вопросы методологии гидрохимических исследований в условиях антропогенного влияния! Материалы 27 Всесоюз. гидрохям. совещания,- Ч. I. - Л&0 1979» - С, 1540

.4. Куфтаркова Б= А* ¡> Ковригина НЛ1,', Стоянов A.C. Гид -ро>; шическиё исследования поверхностного слоя моря // Взаимодействие атмосферы, гидросферы и литосферы в прибрежной зоне моря. - София,' 1980. - С. 300-307.

5. Сеничкина Л.Г., Ковригина Н.П. Фитопланктон и динамика форм азота в экспериментальных условиях // Гидробиол. журн. -

' 1981.- Т.' 17, № 5. - С. II6-II8. ' .

6. Куфгаркова Е.А., Ковригина Н.П, Оценка эффективности работы глубоководного выпуска сточных вод по гидрохимическим . показателям // Органическое вещество и биогенные элементы во • внутренних водоёмах: Тез. докл. 4 Всесоюз, симпоз. (Петроза -водск, 3-5 окт. 1983).- Петрозаводск, 1983,- С. 64-65.

7. Куфтаркова Е.А., Ковригина Н.П., Губарь Г.А., Плотникова И.И, Гидрохимические условия Ялтинского залива как результат комшклса природоохранных мероприятий // Состояние,перспективы улучшения и использования морской экологической сис-, темы прибрежной части Крыма; Тез. докл. нвуч.-практ. конф., посвящ. 200-летив города-героя Севастополя.- Севастополь, I9S3. - с. П9-120. ■ ■ - ■ ■'.'

■ 8. %льгина Е.й,, Ковригина Н.П., Гольдберг Г,А. Определение констант скорости регенерации минеральных форм азота по максимумам промездточных.веществ в загрязненной морской воде , / Материалы конф. "Экология и рациональное .использование природных ресурсов Южного региона Украины^- Ч. I/ АН УССР Мор. гидрофиз. ин-т.~ Севастополь, 1984,- С; 156-167.- Двп.в ВИНИТИ 8.I0.J4, № беи.' :;V .Л ';

9. Ковригина Н.П., Jfypa ->ва Л.В., Сеничкина Л.Г, Оуточ -ный режим биогенных элементов и фитопланктона в морской воде разной степени трофности // Материалы конф. "Экология и рациональное использование природных ресурсов Южного региона. Украшу" . Ч. 2 / АН УССР Мор. гидрофиз. ин-т. -Севастополе, 1984. - С. 224-227.-Деп. в ВИНИМ 8.10.84, » 6612. • '

- 25 -

10. Куфтаркова ЕЛ., Ковригина Н.П. Распределение и динамика биогенных элементов в прибрежной зоне Южного берега Крыма // Матер.конф."Совершенствование управления развитием рекреацион -ных систем". Ч.Р / АН УССР Мор. гядрофиз. ин-т, Севастополь, 1985.- С. 352-J58.- Доп. в ВИНИТИ 6.II.85, 779-В..

11. Куфтаркова Е.А,, Ковригина Н.П. Влияние антропогенной нагрузки на изменение уровня биогенных элементов прибрежной акватории Крыма // Методология прогнозирования загрязнения океа -нов и морей:Тез. докл. Всес. науч. семинара (Севастополь, 2Г -

. 26 марта 1986).- 11., 1986.- С. 4&-5I. '

12. Изменение физико-химических свойств морских вод под влиянием загрязнения / АН УССР Ин-т биологии южн.морей, под ред. канд. геогр. наук Шульгиной Е.З.- J1. : Гидрометеоиздат, 1987,200 с. (Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана,т.6).

13. Зац В.И., Киселёва М.И., Ковригина Н.П. и др. Состоя -ние качества воды прибрежной зоны района Ялты как результат комплекса природоохранных мероприятий // Ш съезд советских океанологов: Тез. докл. Секция физика и химия океана. Гидрохимия и проблемы загрязнения океанов и морей.- Л.: Гидрометеоиздат, '

- 1987.- С. 96-98.

14. Чедурнова Э.А., Сеничкина Л.Г., Куфтаркова Е.А., Ковригина Н.П. Оценка эвтрофирования прибрежных вод Ялтинского залива по гидробиологическим и гидрохимическим показателям // Тез. конф. "Проблемы комплексной застройки Южного берега Крыма. Т. 2,- Симферополь, 1988. - С. 51-52.

15. Ковригина Н.П. Влияние сгпнно-нагонных явлений на динамику полей сточных вод в Ялтинском заливе // Океанографические аспекты охраны морей и охеанов от хим. загрязнений: мате -

: риалы Всес. науч. симпоз. (Одесса, 2-6 окт. 1988). - M., 1990.

: - С. 220-222. .

Зак. » 196 06.06.91 г., т. 120 КМУ СПИ