Источники, рассеяние и воздействие сточных вод в Антарктике

Протокол по охране окружающей среды к Договору об Антарктике разрешает выброс канализационных и сточных вод (далее по тексту – сточные воды) из антарктических станций в море или в глубокие ледовые ямы вдали от побережья, если их вывоз из региона невозможен (Приложение III – Удаление и управление ликвидацией отходов). Сточные воды также ранее сбрасывались вдали от моря, в том числе захоранивались в снегу, сбрасывались во внутриматериковые ручьи и озёра, а также на свободные ото льда территории^{1, 2}, однако ни один из этих способов более не соответствует требованиям Протокола. В соответствии с Протоколом сброс в море должен осуществляться с учётом «ассимиляционных возможностей принимающей морской среды» и происходить, по мере возможности, в тех местах, где есть условия для «первоначального разбавления и быстрого рассеивания», однако определения для данных понятий пока что отсутствуют. Минимальный уровень необходимой обработки сводится к мацерации, но только в тех местах, где количество проживающих на станции в летний период превышает 30 человек. На практике используется широкий спектр технологий обработки^{1, 3, 4}, начиная от полного её отсутствия (например, на множестве небольших или сезонных станций) до систем глубокой третичной обработки.

В число источников сточных вод на антарктических станциях входят бытовые (кухни, душевые, туалеты) и легкопромышленные источники (сточные воды из лабораторий и механических мастерских). Сточные воды на станциях имеют некоторые сходства со стандартными коммунально-бытовыми сточными водами, например, в части высоких микробиологических нагрузок⁵, однако некоторые свойства могут отличаться: сточные воды могут быть более концентрированными (ввиду отсутствия ливневых вод и водосливов, а также общего ограничения на использование воды), уровни биогенных веществ, биологической потребности в кислороде (БПК) и оседающих взвешенных твёрдых частиц могут быть выше⁵, а скорость ухудшения состояния окружающей среды – ниже³. Количество сточных вод также может значительно варьироваться из-за сезонных циклов смены людей, находящихся на станциях; однако их объёмы как правило небольшие по сравнению с бытовыми сбросами, которые варьируются от нескольких сотен до десятков тысяч литров в день, при этом значительно более высокие объёмы отмечаются на крупных станциях (например, на станции Мак-Мёрдо⁶). Большие различия в параметрах сточных вод могут вызвать технические затруднения на очистных сооружениях, работающих круглогодично.  В состав загрязняющих веществ, обнаруженных в сточных водах, входят металлы, стойкие органические загрязняющие вещества (СОЗВ) (например, полиброминированные дифениловые эфиры (ПБДЭ)^{7, 8}), поверхностно-активные вещества, углеводороды, соединения, разрушающие эндокринную систему³, фармацевтические соединения⁹ и микропластиковые отходы¹⁰.

В исследованиях сточных вод в Антарктике внимание сосредоточено на измерении их распространения и количества сточных вод, сброшенных в морскую окружающую среду. Были определены пять категорий маркёров рассеивания сточных вод: человеческие энтеробактерии, например Escherichia coli, Enterococci, Clostridum perfringens и общие колиформные бактерии^{3, 11-13}; человеческие биомаркёры, например фекальные стеролы^14-16; загрязняющие вещества и молекулярные маркёры сточных вод, например углеводороды¹², линейные алкилбензолы¹⁵, следы металлов¹², полиброминированные дифениловые эфиры (ПБДЭ)^{7, 8, 12}; стабильные изотопы⁶; а также фармацевтические соединения и лекарственные препараты^{9, 10}. Маркёры сточных вод были обнаружены в морской воде, морских отложениях и биоте, в том числе в рыбах и беспозвоночных¹⁶, на расстоянии до 2 км от станций. Исследования проводились преимущественно в течение лета; однако зимой, когда прибрежные районы покрыты морским льдом, условия рассеивания могут отличаться¹³. Как правило, сточные воды, сбрасываемые из антарктических выводных коллекторов, преимущественно протекают вдоль берега, при этом рассеивание в море отмечается реже^{12, 17}. Исключение составляют участки сброса в прибрежной акватории на шельфовых ледниках или на вечном морском льду, например в районе аэродромов на станции Мак-Мёрдо¹⁸. Однако обнаружение маркёров в окружающей среде не указывает на наличие какого-либо воздействия на окружающую среду в результате сбросов сточных вод.

В Протоколе говорится о необходимости принятия мер для предотвращения интродукции неместных микроорганизмов в Антарктике, хотя в нём и не упоминаются конкретные риски, возникающие в результате сброса сточных вод. Сброс сточных вод приводит к выбросу в окружающую среду большого количества неместных микроорганизмов, вирусов и болезнетворных организмов³, которые могут сохранять жизнеспособность на протяжении длительных периодов^{2, 19}, а также может представлять значительную угрозу местным микробным видам и микрофауне²⁰. В сточных водах также могут содержаться подвижные генетические элементы, например, антибиотикоустойчивые бактерии^{21, 22}, которые были обнаружены в устойчивом состоянии в местных популяциях бактерий и животных^{20, 21} и были названы «генетическим загрязнением». Помимо установления присутствия неместных микроорганизмов было проведено мало исследований для определения их потенциального воздействия. Существует много свидетельств присутствия болезнетворных организмов (например, Salmonella) у диких животных в Антарктике, в том числе у пингвинов Адели, золотоволосых пингвинов, поморников, морских котиков, альбатросов и чаек³, хотя свидетельства наличия антропогенных источников или каких-либо вызванных ими вспышек эпидемии отсутствуют. У диких обитателей Антарктики (например, у двустворчатых моллюсков, рыб, морских ежей и морских звёзд) были найдены человеческие фекальные бактерии, которые больше распространены у выводных коллекторов, что свидетельствует о попадании в их организм сточных вод и дополнительно подтверждается наличием стабильных изотопов⁶. Симптомы заболеваний не наблюдались³, однако была отмечена повышенная распространённость патологий внутренних органов у рыб²³.

Наше понимание воздействия на окружающую среду сточных вод, сбрасываемых в экосистемы Антарктики, относительно ограничено, однако всестороннее исследование на австралийской станции Дейвис вскрыло потенциально широкий спектр значительных воздействий, которые могут проявиться в результате деятельности, которая в настоящее время считается приемлемой согласно Протоколу²⁴. На станциях Мак-Мёрдо, Кейси и Дейвис были проведены исследования морских бентических сообществ как индикаторов загрязнения сточными водами. В целом, воздействия на сообщества соотносились с масштабом сброса сточных вод, при этом отмечалось уменьшение разнообразия и численности отдельных видов и доминирование некоторых условно-патогенных микроорганизмов^{25, 26}. Экотоксикологические исследования сточных вод немногочисленны, но они свидетельствуют об их токсичности для морских беспозвоночных Антарктики при малых концентрациях при воздействии в течение нескольких недель⁵. Очень немного известно о воздействии сточных вод, сбрасываемых вдали от моря, например, в ледовые ямы, пресноводные озёра и ручьи или в свободных ото льда районах. Крайне низкая скорость разложения и недавние изменения климата могут привести к воздействию накопленных отходов и проблемам долговременного загрязнения².

Эффективность установок очистки сточных вод зависит от типа и уровня очистки. При традиционной очистке сточных вод удаляются биогенные вещества (для предотвращения заболачивания) и уменьшается концентрация микроорганизмов и болезнетворных организмов. В целом в морских водах Антарктики нет недостатка биогенных веществ, однако загрязняющие вещества и микроорганизмы могут представлять серьёзную угрозу для окружающей среды⁵. Большинство очистных сооружений на станциях удаляют биогенные вещества и снижают БПК, таким образом отражая процессы второстепенной обработки, описанные в Протоколе, (т. е. вращающиеся биологические смесители). Однако удаление микроорганизмов из канализационных вод становится более эффективным при применении более высокотехнологичных процессов очистки, при этом глубокая третичная обработка почти полностью исключает выброс микроорганизмов и болезнетворных организмов и удаляет все загрязняющие вещества^{3, 5}.