Что надо знать о мусорных экскретах

Засорение водоёмов мусорными экскретами является в настоящее время актуальной проблемой практически для всех стран мира. Это связано, в первую очередь, с широким использованием изделий из пластиков во многих областях человеческой деятельности. Именно пластмассовые изделия составляют основную долю мусора водных объектов. Одна из главных проблем современности — всё возрастающее количество бытовых и промышленных отходов и отбросов, сжигаемых или захоронённых на свалках, а также попадающих в водные объекты [14]. Этот процесс связан с увеличивающимся производством продукции широкого потребления и ростом благосостояния людей, повышением потребительского спроса.

Важно научиться решать проблему увеличивающегося объёма мусора цивилизованно, перерабатывая крупногабаритные отходы и мусор путём утилизации, однако эта цель далека от реализации не только в нашей стране, но и во всём мире. По оценкам природоохранных организаций во все моря мира к 1988 году было сброшено примерно 20 млрд. т мусора, в настоящее время эта цифра возросла на порядок. Подсчитано, что на 1 км2 океана приходится в среднем 17 т отбросов, причём существенная доля плавающего мусора имеет «сухопутное» происхождение.

Заметное загрязнение водоёмов началось с тех времен, когда изобрели пластик и стали изготавливать из него изделия широкого потребления. Сегодня пластмассовые вещи стали незаменимыми. Они неимоверно облегчили жизнь людей и придали ей другое — более функционально насыщенное содержание. Однако это облегчение заметно лишь до тех пор, пока пластиковое изделие не выбросят. Выброшенный пластик на воздухе и на поверхности земли разлагается более ста лет, а попав с речными потоками в моря и океаны, разносится водяными течениями и образует огромные «мусоровороты», которые могут рассматриваться как глобальные экскреты.

Плотность пластикового мусора в таких скоплениях мусорных экскретов относительно невелика и напоминает «пластиковый суп». Один такой «мусороворот» размером более чем американский штат Техас плавает между Калифорнией, Гавайями и Аляской — миллионы тонн мусора [11÷13]. Это образование быстро растёт за счёт ежедневно сбрасываемых в океан со всех материков миллионов тонн относительно лёгкого мусора.

Пластиковые изделия и их фрагменты под действием силовых и поточных воздействий воды, Солнца и ветра медленно разрушаются, мелкие кусочки пластика и прочего мусора разлагаются, нанося серьёзный вред окружающей среде. Птицы, рыбы, планктон и прочие обитатели океана страдают больше всего. Например, пластиковые отбросы в Тихом океане являются причиной гибели миллионов морских птиц в год, а также более сотни тысяч особей морских млекопитающих. В желудках павших морских птиц находят шприцы, зажигалки и зубные щётки — все эти предметы птицы заглатывают, принимая их за еду. С начала 50-х годов прошлого века к гниющим водорослям прибавились пластиковые пакеты, бутылки и упаковки, которые, в отличие от водорослей и другой органики, плохо подвергаются процессам биологического распада и длительное время загромождают водную толщу. Сегодня, так называемый, Великий тихоокеанский мусорный участок на 90 процентов состоит из пластика, общая масса которого в шесть раз превышает массу естественного планктона, а площадь всех «мусорных пятен» и «мусорных полей» превосходит даже территорию США! Каждые 10 лет площадь этой колоссальной свалки увеличивается на порядок [11÷13].

Кроме бытового мусора сначала во внутренние водоёмы, а затем в моря и океаны переносятся практически все отходы, отбросы и мусор отраслей народного хозяйства, начиная с сельского хозяйства и кончая промышленным производством. Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальные массы, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоёмов.

Считается, что в сточных водах обычно около 60 % веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические загрязнители в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий. Большая часть этих отходов плавает на поверхности водоёмов, ухудшая эстетическое восприятие населением и подрывая туристическую привлекательность местности. В некоторых водоёмах масштабы захламления стали аномальными и приняли характер техногенного бедствия.

Казалось бы тупиковая ситуация с мусорными экскретами водоёмов частично разрешается благодаря природной способности внутренних и внешних вод к очищению. В частности, морские и океанские воды частично освобождаются от плавающего мусора за счёт физико-химических и биологических механизмов самоочищения, однако эти процессы имеют свои пределы и не являются безграничными.

Внутренние водоёмы: ручьи, реки, озёра, каналы и болота оказываются более уязвимыми для мусора, чем моря и океаны из-за своих относительно маленьких размеров и менее интенсивно протекающих физико-химических процессов. Если в морях и океанах происходит «расползание» мусора со сравнительно слабой концентрацией загрязнителей, то во внутренних водоёмах кое-где уже достигнут предел насыщения мусорных экскретов.

Экспериментально установлено, что изделия из пластмасс в природе разрушаются со скоростью существенно зависящими от физико-химических и температурных характеристик окружающей среды, а также от вида пластика. Полиэтиленовые

пакеты, пластиковые бутылки и другие полимерные изделия при попадании в почву практически не разлагаются, создавая преграды на пути нормального функционирования земли, блокируя доступ воды, воздуха и света к определенным её участкам. Инертность пластиков обусловлена высокой кинетической стабильностью к процессам разрушения — бактериям и кислороду просто не подступиться к прочным химическим связям полимеров. Так что органические полимеры имеют склонность лежать в нейтральном слое земли сотни лет.

Совсем иначе ведут себя пластики в водных объектах. Японские учёные обнаружили [5] высокую токсичность продуктов их распада в морской воде. Отобрав пробы воды и песка в 200 контрольных точках на территориях 20 стран, сотрудники Японского университета (Nihon University) обнаружили там значимые концентрации бифенола А (BPA). Концентрации вредного вещества составляли от 0,01 до 50 миллионных долей (приблизительно 50 граммов на один кубический метр воды). Было показано, что бифенол-А может попасть в воду и песок из поликарбонатов, очень твёрдых пластиков, которые, вопреки традиционным представлениям, разлагаются в обычных условиях в океане.

Бифенол А входит в состав ряда пластиков и добавок в них. По последним данным, даже низкие концентрации BPA могут повредить моллюскам, ракообразным и амфибиям. В рамках исследования [6] учёные подвергали пластиковые образцы воздействию условий, которые присутствуют в океане. В частности, это были частые смены температуры и воздействие воды. В результате им удалось установить, что, например, полистирол начинает разлагаться уже примерно через год.

Кроме этого исследователям удалось определить, что при разложении пластика в воду выделяется большое количество вредных веществ. Некоторые из них могут приводить к появлению рака. До настоящего времени считалось, что пластик представляет только "механическую опасность", и в океане он пребывает в состоянии взвеси мелких частиц, которые могут попадать в организм рыб и повреждать их внутренние органы.

Отметим, что не только разложение пластика вредно для окружающей среды. В старые никому ненужные рыболовные сети попадаются морские черепахи и дельфины, что, конечно же, угрожает численности их популяций. Птицы по ошибке скармливают пластиковые куски своим птенцам, которые не только давятся, но и травятся продуктами разложения вредных веществ в организме. Медузы и некоторые другие существа путают те же "конфетти" с планктоном и также заболевают (а ведь известно, что медузы играют важную роль в глобальном перемешивании вод океана). Постепенно пластик встраивается в пищевые цепи, отравляя всё больше морских существ, а вместе с ними и человека!

Часть мусора выбрасывается обратно на берег, негативно влияя на существование прибрежных видов животных. Экологические организации бьют тревогу, но на практике мало что делается.

Интернет и другие средства массовой информации буквально завалены информацией — в том числе и не проверенной сенсационной — о захламлении мусором морей и океанов. Одним из таких физически сомнительных сообщений была статья об обнаружении в Мировом океане нового морского образования в виде относительно плотного мусорного поля [4]. Сообщалось, что около Гавайских островов морская исследовательская организация «Альгалита» (Algalita Marine Research Foundation) обнаружила «остров», целиком состоящий из мусора. Подобные сообщения появлялись в прессе ранее неоднократно, но затем оказывались не состоятельными. На этот раз была приведена фотография «острова». Авторы утверждали, что «мусорные экскреты со всего мира, которые попадали в океан на протяжении двадцати лет, течения сбили в «мусорный континент» размером с Украину! Скопления такого мусорного поля занимает около 700 тысяч квадратных километров водного зеркала Тихого океана между Калифорнией и Гавайскими островами. И это только то, что видно на поверхности. Сплошной слой мусора начинает редеть на глубине около 30 метров».

Эта более чем сомнительная информация нуждается в проверке, но из физических соображений плавающий мусор должен «растаскиваться» водяными течениями, а не концентрироваться и локализоваться… Пластиковый мусорный остров у берегов Гавайев, по утверждению авторов сенсации, — новая и очень весомая часть Большого тихоокеанского мусорного пятна, которое простирается на 3,5 миллиона квадратных километров.

Безусловно, Мировой океан в настоящее время перенасыщен мусором. ООН утверждает, что на каждые 2,5 квадратных километров поверхности Мирового океана приходится 48 тысяч пластмассовых предметов. Это и пластиковые бутылки, и одноразовые упаковки, и зажигалки, и тюбики от зубной пасты, футбольные мячи и байдарки, кубики «Лего» и даже крышки от унитазов. Но в пределах «острова» плотность мусора должна была бы быть намного выше, на него могли бы садиться птицы, а около него обитать морские животные…

Между тем, каждый год более миллиона птиц и сотни тысяч морских млекопитающих умирают от отравления, путая пластик с едой, сообщает «Гринпис». Чайки проглатывают крышки и кольца от бутылок, черепахи засасывают полиэтиленовые пакеты, принимая их за медуз. А семь лет назад на берегу Нормандии во Франции был найден мёртвый кит-полосатик с 224 килограммами пластиковых мешков в желудке [7]. По приблизительным оценкам, в Тихом океане на сегодняшний день находится около 100 млн. тонн пластика, 80 % которого попадает в океан с берегов.

Химики из Японии обнаружили, что пластик, который традиционно считается достаточно устойчивым загрязнителем окружающей среды, способен быстро разлагаться в океане [6]. В рамках исследования учёные подвергали пластиковые образцы воздействию условий, которые присутствуют в океане.

В частности, это были частые смены температуры и воздействие воды. В результате им удалось установить, что, например, полистирол начинает разлагаться уже примерно через год.

Кроме этого исследователям удалось определить, что при разложении пластика в воду выделяется большое количество вредных веществ. Некоторые из них могут приводить к появлению рака. До настоящего времени считалось, что пластик представляет только "механическую опасность", — в океане он пребывает в состоянии взвеси мелких частиц, попадающих в организм рыб и механически повреждающих их внутренние органы.

Для оценок процессов загрязнения водоёмов плавающим мусором необходимо знать его концентрацию в них как функцию времени. Такие натурные и расчетные работы проводятся в исследовательских лабораториях. Расчётные методы используют уравнения материального баланса мусорных экскретов. Предполагается, что мусор водоёмов пополняется за счёт его втекания с водами рек и за счёт выбросов с кораблей, летательных аппаратов, промышленных и сельскохозяйственных объектов на берегах водоёмов [14]. Уменьшается количество мусора за счёт следующих природных воздействий:

— механической деструкции (из-за ветра, волн, течений);

— химической (реакции с газами и жидкостями);

— биологической (разложение микроорганизмами);

— радиационной (фотохимическая деструкция).

Результаты исследований процессов захламления водоёмов фрагментами мусора по времени представлены на графиках Рис. 3.2.1. На графиках показаны поведения концентраций мусора в водоёме при различных его суммарных массовых потоках: уменьшающемся, растущем и стабилизированном.

Из рисунка видно, что снижение объёмной концентрации мусора ниже допустимого уровня Сдоп может быть реализовано при увеличении его деградации за счёт указанных выше механизмов: механической деструкции ветровым потоком, волнами и течениями, химических реакции в газовой или жидкой фазах, биологического разложения микроорганизмами и фотохимической деструкции.