Загрязнение из неточечного источника ( NPS ) относится к диффузному загрязнению (или загрязнению ) воды или воздуха, которое не происходит из одного дискретного источника. Этот тип загрязнения часто является кумулятивным эффектом небольших количеств загрязняющих веществ, собранных с большой площади. Это отличие от загрязнения из точечного источника , которое возникает из одного источника. Загрязнение из неточечных источников обычно возникает в результате поверхностного стока , осадков, атмосферных осаждений , дренажа , просачивания или гидрологических изменений (дождей и таяния снегов), где трудно отследить загрязнение до единственного источника. [1] Загрязнение воды из неточечных источников влияет на водный объект из таких источников, как загрязненные стоки с сельскохозяйственных угодий, стекающие в реку, или переносимый ветром мусор, выносимый в море. Загрязнение воздуха из неточечных источников влияет на качество воздуха из таких источников, как дымовые трубы или выхлопные трубы автомобилей . Хотя эти загрязняющие вещества возникли из точечного источника, способность переноситься на большие расстояния и множество источников загрязняющих веществ делают их неточечными источниками загрязнения; если бы сбросы происходили в водоем или в атмосферу в одном месте, загрязнение было бы одноточечным.
Загрязнение воды из неточечных источников может происходить из множества различных источников, без каких-либо конкретных решений или изменений для устранения проблемы, что затрудняет регулирование. Загрязнение воды из неточечных источников трудно контролировать, поскольку оно возникает в результате повседневной деятельности множества разных людей, например, внесение удобрений на газоны , применение пестицидов , строительство дорог или строительство зданий . [2] Борьба с загрязнением из неточечных источников требует улучшения управления городскими и пригородными территориями, сельскохозяйственными и лесохозяйственными операциями и пристанями для яхт.
Типы загрязнения воды из неточечных источников включают отложения , питательные вещества , токсичные примеси, а также химические вещества и патогены . К основным источникам загрязнения воды из неточечных источников относятся: городские и пригородные районы, сельскохозяйственные операции, попадание в атмосферу, сточные воды с шоссе, лесное хозяйство и горнодобывающая деятельность, пристани для яхт и деятельность на лодках. В городских районах загрязненные ливневые воды, смываемые с парковок , дорог и автомагистралей, называемые городскими стоками , обычно относят к категории неточечных источников (они могут стать точечными источниками, если направляются в системы ливневой канализации и сбрасываются через трубы к местным поверхностным водам). В сельском хозяйстве вымывание соединений азота из удобренных сельскохозяйственных земель является неточечным источником загрязнения вод. [3] Сток питательных веществ в ливневых водах из «поверхностного потока» над сельскохозяйственными полями или лесами также является примером загрязнения из неточечных источников.
Осадки (рыхлая почва ) включают ил (мелкие частицы) и взвешенные вещества (более крупные частицы). Осадки могут попадать в поверхностные воды из-за эрозии берегов ручьев, а также из-за поверхностного стока из-за неправильного растительного покрова на городских и сельских землях. [5] Отложения создают мутность (облачность) в водоемах, уменьшая количество света, достигающего более низких глубин, что может препятствовать росту погруженных водных растений и, следовательно, влиять на виды, которые от них зависят, например, рыбу и моллюсков . [6] Высокий уровень мутности также препятствует работе систем очистки питьевой воды .
Осадки также могут сбрасываться из нескольких различных источников. Источники включают строительные площадки (хотя это точечные источники, с которыми можно бороться с помощью контроля эрозии и контроля наносов ), сельскохозяйственные поля, берега ручьев и сильно нарушенные территории. [7]
Питательные вещества в основном относятся к неорганическим веществам из сточных вод, свалок , животноводческих предприятий и сельскохозяйственных земель. Двумя основными питательными веществами, вызывающими беспокойство, являются фосфор и азот. [8]
Фосфор – это питательное вещество, которое встречается во многих биодоступных формах . Известно, что его в избытке содержится в осадке сточных вод человека . Он является основным ингредиентом многих удобрений, используемых в сельском хозяйстве, а также на жилых и коммерческих объектах, и может стать лимитирующим питательным веществом в пресноводных системах и некоторых устьях рек . Фосфор чаще всего попадает в водоемы посредством эрозии почвы , поскольку многие формы фосфора имеют тенденцию адсорбироваться на частицах почвы. Избыточное количество фосфора в водных системах (особенно в пресноводных озерах, водохранилищах и прудах) приводит к размножению микроскопических водорослей, называемых фитопланктоном . Увеличение поступления органических веществ за счет чрезмерного роста фитопланктона называется эвтрофикацией . Распространенным симптомом эвтрофикации является цветение водорослей , которое может образовывать неприглядную накипь на поверхности, затенять полезные виды растений, производить соединения, вызывающие вкус и запах, и отравлять воду из-за токсинов, вырабатываемых водорослями. Эти токсины представляют собой особую проблему в системах, используемых для питьевой воды, поскольку некоторые токсины могут вызывать заболевания человека, а удаление токсинов затруднено и дорого. Бактериальное разложение цветения водорослей потребляет растворенный в воде кислород, вызывая гипоксию с пагубными последствиями для рыб и водных беспозвоночных.
Азот является еще одним ключевым ингредиентом удобрений и обычно становится загрязнителем в соленой воде или солоноватой устьевой системе, где азот является лимитирующим питательным веществом. Подобно фосфору в пресных водах, избыточное количество биодоступного азота в морских системах приводит к эвтрофикации и цветению водорослей. Гипоксия становится все более распространенным результатом эвтрофикации в морских системах и может влиять на большие площади эстуариев, заливов и прибрежных прибрежных вод. Каждое лето в придонных водах в месте впадения реки Миссисипи в Мексиканский залив формируются гипоксические условия . В последнее лето протяженность этой «мертвой зоны» с воздуха сравнима с площадью Нью-Джерси и имеет серьезные пагубные последствия для рыболовства в регионе.
Азот чаще всего переносится водой в виде нитрата (NO 3 ). Азот обычно добавляется в водосбор в виде органического азота или аммиака (NH 3 ), поэтому азот остается прикрепленным к почве до тех пор, пока окисление не превратит его в нитрат. Поскольку нитраты, как правило, уже включены в почву, вода, проходящая через почву (т. е. переток и дренаж ), скорее всего, будет переносить ее, а не поверхностный сток.
Соединения, в том числе тяжелые металлы, такие как свинец , ртуть , цинк и кадмий , органические вещества, такие как полихлорированные дифенилы (ПХБ) и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), антипирены и другие вещества, устойчивы к разрушению. [7] Эти загрязнители могут поступать из различных источников, включая осадки сточных вод, горнодобывающую деятельность, выбросы транспортных средств, сжигание ископаемого топлива , городские стоки, промышленные операции и свалки. [8]
Ядохимикаты в основном включают органические соединения и неорганические соединения . Эти соединения включают пестициды, такие как ДДТ , кислоты и соли, которые оказывают серьезное воздействие на экосистему и водоемы. Эти соединения могут угрожать здоровью как людей, так и водных видов, будучи устойчивыми к разрушению окружающей среды, что позволяет им сохраняться в окружающей среде. [7] Эти токсичные химикаты могут поступать из пахотных земель, питомников, фруктовых садов, строительных площадок, садов, газонов и свалок. [8]
Кислоты и соли в основном представляют собой неорганические загрязнители из орошаемых земель, горнодобывающих предприятий, городских стоков, промышленных площадок и свалок. [8]
Возбудителями являются бактерии и вирусы, которые можно обнаружить в воде и вызывать заболевания у людей. [7] Как правило, патогены вызывают заболевания, когда они присутствуют в общественных системах питьевого водоснабжения. Патогены, обнаруженные в загрязненных стоках, могут включать:
В сточных водах также можно обнаружить колиформные бактерии и фекалии . [7] Эти бактерии являются широко используемым индикатором загрязнения воды, но не являются фактической причиной заболеваний. [9]
Патогены могут загрязнять сточные воды из-за плохо управляемого животноводства, неисправных септических систем , неправильного обращения с отходами домашних животных, чрезмерного использования осадка сточных вод человека , загрязненной ливневой канализации и перелива канализационных систем . [5] [7]
Городские и пригородные территории являются основными источниками загрязнения из неточечных источников из-за большого количества сточных вод, образующихся из-за большого количества мощеных поверхностей. Поверхности с твердым покрытием, такие как асфальт и бетон, непроницаемы для проникающей в них воды. Любая вода, которая контактирует с этими поверхностями, будет стекать и поглощаться окружающей средой. Эти поверхности облегчают перенос загрязняющих веществ ливневыми водами в окружающую почву. [10]
Строительные площадки, как правило, имеют нарушенную почву, которая легко размывается осадками , такими как дождь , снег и град . Кроме того, выброшенный на площадке мусор может быть унесен стоковыми водами и попасть в водную среду. [10]
Загрязненные ливневые воды, смываемые с парковок, дорог и шоссе, а также газонов (часто содержащие удобрения и пестициды ), называются городскими стоками . Этот сток часто классифицируется как тип загрязнения АЭС. Некоторые люди также могут считать его точечным источником, поскольку во многих случаях он направляется в муниципальные ливневые канализационные системы и сбрасывается по трубам в близлежащие поверхностные воды . Однако не все городские стоки перед попаданием в водоемы проходят через системы ливневой канализации . Некоторые из них могут впадать прямо в водоемы, особенно в развивающихся и пригородных районах. Кроме того, в отличие от других типов точечных источников, таких как промышленные сбросы, очистные сооружения и другие операции, загрязнение городских стоков не может быть отнесено к одному виду деятельности или даже группе видов деятельности. Поэтому, поскольку оно не вызвано легко идентифицируемой и регулируемой деятельностью, источники загрязнения городских стоков также часто рассматриваются как настоящие неточечные источники, поскольку муниципалитеты работают над их уменьшением.
Обычно на дачных участках для ухода за газоном используют химикаты. Эти химикаты могут попасть в стоки и попасть в окружающую среду через ливневые канализации в городе. Поскольку вода в ливневых стоках не очищается перед попаданием в окружающие водоемы, химические вещества попадают непосредственно в воду.
Другие важные источники стока включают изменение среды обитания и лесоводство (лесное хозяйство). [11] [12]
Питательные вещества ( азот и фосфор ) обычно вносятся на сельскохозяйственные угодья в виде коммерческих удобрений , навоза или опрыскивания городских или промышленных сточных вод (стоков) или осадка. Питательные вещества также могут попадать в стоки с пожнивными остатками , оросительной водой, животными и атмосферными отложениями . [13] : с. 2–9 Осадки (рыхлая почва ), смываемые с полей, являются формой сельскохозяйственного загрязнения . Фермы с крупным животноводством и птицеводством, такие как промышленные фермы , часто являются точечными источниками сброса. Эти объекты в США называются «концентрированными откормочными площадками» или «откормочными площадками» и подлежат ужесточению государственного регулирования. [14] [15]
На сельскохозяйственные операции приходится большой процент всех загрязнений из неточечных источников в Соединенных Штатах. Когда большие участки земли вспахиваются для выращивания сельскохозяйственных культур , это обнажает и разрыхляет почву, которая когда-то была погребена. Это делает обнаженную почву более уязвимой для эрозии во время ливней . Это также может увеличить количество удобрений и пестицидов, попадающих в близлежащие водоемы. [10]
Атмосферные выпадения являются источником неорганических и органических компонентов, поскольку эти компоненты переносятся от источников загрязнения воздуха к рецепторам на земле. [16] [17] Как правило, промышленные объекты, такие как фабрики , загрязняют воздух через дымовую трубу . Хотя это точечный источник, из-за его распределительного характера, дальнего переноса и множественности источников загрязнения его можно рассматривать как неточечный источник в зоне отложения. Атмосферные воздействия, влияющие на качество стока, могут происходить в результате сухих отложений между ураганами и влажных осаждений во время ураганов. Влияние движения транспортных средств на влажные и сухие отложения, которые происходят на автомагистралях, дорогах и парковках или вблизи них, создает неопределенности в величинах различных атмосферных источников стока. Существующие сети, использующие протоколы, достаточные для количественного определения этих концентраций и нагрузок, не измеряют многие из представляющих интерес компонентов, и эти сети слишком разрежены, чтобы обеспечить хорошие оценки осаждения в местном масштабе [16] [17]
Сток с автомагистралей составляет небольшой, но широко распространенный процент всех загрязнений из неточечных источников. [18] [19] [20] [21] [22] [23] Харнед (1988) подсчитал, что нагрузка от стоков состоит из атмосферных осадков (9%), отложений от транспортных средств (25%) и материалов для содержания дорог (67%). он также подсчитал, что около 9 процентов этих грузов было перенесено в атмосферу. [24]
Лесное хозяйство и горнодобывающая деятельность могут вносить значительный вклад в загрязнение из неточечных источников.
Лесохозяйственные работы сокращают количество деревьев на определенной территории, тем самым снижая уровень кислорода в этой области. Это действие в сочетании с перекатыванием по почве тяжелой техники (комбайнов и т. д.) увеличивает риск эрозии .
Активные горнодобывающие работы считаются точечными источниками, однако стоки с заброшенных горнодобывающих предприятий способствуют загрязнению из неточечных источников. При добыче полезных ископаемых вершину горы снимают, чтобы обнажить желаемую руду . Если эта территория не будет должным образом рекультивирована после завершения добычи, может произойти эрозия почвы . Кроме того, могут происходить химические реакции с воздухом и недавно обнаженной породой, приводящие к образованию кислых стоков. Вода, просачивающаяся из заброшенных подземных шахт, также может быть очень кислой. Он может просочиться в ближайший водоем и изменить pH водной среды. [10]
Химические вещества, используемые для обслуживания лодок, такие как краска , растворители и масла , попадают в воду со стоками. Кроме того, разлив топлива или утечка топлива непосредственно в воду с лодок способствуют загрязнению из неточечных источников. Уровни питательных веществ и бактерий повышаются из-за плохо обслуживаемых емкостей для санитарных отходов на судах и насосных станциях. [10]
Для контроля загрязнения из неточечных источников как в городских, так и в пригородных районах можно использовать множество различных подходов. Буферные полосы создают барьер из травы между непроницаемым материалом дорожного покрытия, например, парковками и дорогами, и ближайшим водоемом. Это позволяет почве поглощать любые загрязнения до того, как они попадут в местную водную систему. Пруды-отстойники могут быть построены в дренажных зонах, чтобы создать водный буфер между загрязнением стоков и водной средой. Сточные и ливневые воды стекают в пруд-отстойник, позволяя загрязняющим веществам оседать и задерживаться в пруду. Использование пористого покрытия позволяет дождевой и ливневой воде стекать в землю под покрытием, уменьшая количество стоков, стекающих непосредственно в водоем. Методы восстановления, такие как строительство водно-болотных угодий , также используются для замедления стока, а также для поглощения загрязнения.
Строительные площадки обычно принимают простые меры по снижению загрязнения и стоков. Во-первых, вокруг строительных площадок возводятся ограждения от наносов или ила , чтобы уменьшить количество отложений и крупных материалов, стекающих в близлежащий водоем. Во-вторых, укладка травы или соломы вдоль границ строительных площадок также способствует снижению загрязнения из неточечных источников. [10]
В районах, обслуживаемых септическими системами для одного дома, постановления местных органов власти могут требовать обслуживания септических систем для обеспечения соответствия стандартам качества воды. В Вашингтоне (штат) был разработан новый подход путем создания «района защиты моллюсков», когда уровень коммерческого или рекреационного обитания моллюсков снижается из-за продолжающегося загрязнения из неточечных источников. Район защиты моллюсков — это географическая территория, назначенная округом для защиты качества воды и ресурсов приливных зон, а также обеспечивающая механизм для сбора местных средств на услуги по обеспечению качества воды для контроля рассредоточенных источников загрязнения. [25] По крайней мере, два округа по защите моллюсков на юге Пьюджет-Саунда ввели требования к эксплуатации и техническому обслуживанию септических систем, при этом плата за программу привязана непосредственно к налогам на недвижимость. [26]
Чтобы контролировать наносы и стоки, фермеры могут использовать меры борьбы с эрозией, чтобы уменьшить стоки и сохранить почву на своих полях. Общие методы включают контурную вспашку , мульчирование культур , севооборот , посадку многолетних культур или установку прибрежных буферов . [13] : стр. 4-95–4-96 [27] [28] Защитная обработка почвы — это концепция, используемая для уменьшения стока при посадке новой культуры. Фермер оставляет в земле остатки урожая от предыдущей посадки, чтобы предотвратить стоки во время процесса посадки. [10]
Питательные вещества обычно вносятся на сельскохозяйственные угодья в качестве коммерческих удобрений; навоз животных ; или распыление городских или промышленных сточных вод (стоков) или осадка. Питательные вещества также могут попадать в стоки с пожнивными остатками , оросительной водой, животными и атмосферными отложениями . [13] : с. 2–9 Фермеры могут разрабатывать и реализовывать планы управления питательными веществами , чтобы сократить избыточное внесение питательных веществ. [13] : стр. 4-37–4-38 [29]
Чтобы свести к минимуму воздействие пестицидов, фермеры могут использовать методы комплексной борьбы с вредителями (IPM) (которые могут включать биологическую борьбу с вредителями ) для поддержания контроля над вредителями, снижения зависимости от химических пестицидов и защиты качества воды . [30] [31]
Хорошо спланированное размещение обеих лесозаготовительных троп, также называемых трелевочными тропами, позволяет уменьшить количество образующихся отложений. Планируя расположение троп как можно дальше от лесозаготовительных работ, а также очерчивая тропы землей, можно уменьшить количество рыхлых отложений в стоке. Кроме того, пересаживая деревья на землю после вырубки, вы создаете структуру, позволяющую почве восстановить стабильность, а также заменяете вырубленную окружающую среду. [10]
Установка запорных клапанов на топливных насосах в пристани для яхт может помочь уменьшить количество переливов топлива в воду. Кроме того, насосные станции, которые легко доступны для яхтсменов в пристани, могут обеспечить чистое место для утилизации бытовых отходов, не сбрасывая их непосредственно в воду. Наконец, такая простая вещь, как размещение контейнеров для мусора вокруг пристани, может предотвратить попадание в воду более крупных объектов. [10]
Загрязнение из неточечных источников сегодня является основной причиной загрязнения воды в Соединенных Штатах , причем основными источниками являются загрязненные стоки от сельского хозяйства и гидромодификации . [32] : 15 [13]
Определение неточечного источника рассматривается в соответствии с Законом США о чистой воде в интерпретации Агентства по охране окружающей среды США (EPA). Закон не предусматривает прямого федерального регулирования неточечных источников, но правительства штатов и местные органы власти могут делать это в соответствии с законами штата. Например, многие штаты предприняли шаги по реализации своих собственных программ управления такими местами, как их береговые линии, и все они должны быть одобрены Национальным управлением океанических и атмосферных исследований и Агентством по охране окружающей среды. [33] Целями этих и подобных программ является создание фондов, которые будут способствовать сокращению загрязнения в масштабах штата за счет роста и улучшения уже существующих систем. [34] Программы в этих штатах и местных органах власти обращаются к лучшим практикам управления (BMP) для достижения своих целей по поиску наименее затратного метода сокращения максимального количества загрязнения. BMP могут быть реализованы как для сельскохозяйственных, так и для городских стоков, а также могут быть структурными или неструктурными методами. Федеральные агентства, в том числе Агентство по охране окружающей среды и Служба охраны природных ресурсов , утвердили и предоставили список широко используемых BMP для множества различных категорий загрязнения из неточечных источников. [35]
Конгресс утвердил программу грантов раздела 319 CWA в 1987 году. Гранты предоставляются штатам, территориям и племенам в целях поощрения реализации и дальнейшего развития политики. [36] Закон требует, чтобы все штаты осуществляли программы управления NPS. EPA требует регулярных обновлений программы, чтобы эффективно управлять постоянно меняющейся природой своих вод и обеспечивать эффективное использование 319 грантовых средств и ресурсов. [37]
Поправки о повторном разрешении к Закону о прибрежных зонах (CZARA) 1990 года создали программу в рамках Закона об управлении прибрежными зонами , которая требует разработки мер по управлению загрязнением из неточечных источников в штатах с прибрежными водами. [38] CZARA требует, чтобы государства, имеющие береговую линию, реализовывали меры управления для устранения загрязнения воды и следили за тем, чтобы результатом этих мер было внедрение, а не принятие. [39]
