environments.aq

Портал окружающей среды Антарктики

Источники, рассеяние и воздействие сточных вод в Антарктике

clarity of discharge effluent at McMurdo R

Сводная информация

Версия: 1

Опубликовано: 30/09/2016 GMT

Рассмотрено: 30/09/2016 GMT

Авторы

Jonathan S Stark (1), Kathleen E. Conlan (2), Kevin A. Hughes (3), Stacy Kim (4), César C. Martins (5)

(1) Australian Antarctic Division, Channel Hwy, Kingston 7050, Tasmania, Australia
(2) Canadian Museum of Nature, P.O. Box 3443, Station D, Ottawa, Ontario, Canada K1P 6P4
(3) British Antarctic Survey, Natural Environment Research Council, High Cross, Madingley Road, Cambridge CB3 0ET, UK
(4) Moss Landing Marine Labs, Moss Landing, CA 95039, USA
(5) Centro de Estudos do Mar, Universidade Federal do Paraná, Caixa Postal 61, 83255-976, Pontal do Paraná, PR, Brazil

Резюме

Выброс канализационных и сточных вод в окружающую среду Антарктики представляет серьёзный и значительный риск воздействия на окружающую среду. В число воздействий входят интродукция неместных микроорганизмов и болезнетворных организмов, генетическое загрязнение и загрязняющие вещества, которые могут привести к долгосрочному воздействию на здоровье диких животных, биоразнообразие и структуру сообщества вблизи антарктических станций. Порядок переработки и удаления на разных станциях значительно разнится. Каждая Сторона определяет собственные стандарты, по-разному истолковывая требования Протокола по охране окружающей среды. Дальнейшие исследования и контроль воздействия сточных вод на экосистемы Антарктики помогут дать количественную оценку потенциальных рисков и последствий. На сегодняшний день не существует инструкций, определяющих допустимые уровни бактерий, химикатов и других загрязняющих веществ, выбрасываемых в районе действия Договора, поэтому их разработка могла бы помочь установить исходную отметку для мониторинга. Одним из высочайших приоритетов Комитета по охране окружающей среды (КООС) является противодействие интродукции неместных видов. Выброс сточных вод несёт значительную угрозу потенциальной интродукции, но качественная обработка сточных вод могла бы значительно уменьшить связанный с этим риск.


Резюме

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. Сточные воды также ранее сбрасывались вдали от моря, в том числе захоранивались в снегу, сбрасывались во внутриматериковые ручьи и озёра и даже на свободных ото льда территориях [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.

McMurdo wastewaterbldg

Рисунок 1. Установка очистки сточных вод на станции Мак-Мёрдо является капитальным сооружением, обслуживающим жителей станции, число которых может превышать 1000 человек, и несёт более чем среднюю нагрузку по твёрдым веществам в сточных водах, для чего требуются подключённые к ней капитальные мацераторы.

 

Источники сточных вод на антарктических станциях варьируются от бытовых (кухни, душевые, туалеты) до легкопромышленных (лаборатории и механические мастерские), хотя это и не соответствует требованиям Приложения III к Мадридскому протоколу, и имеют некоторые сходства со стандартными коммунально-бытовыми сточными водами, например, в части высоких микробиологических нагрузок [5]. 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 выше [5], а скорость ухудшения состояния окружающей среды – ниже [3]. 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-Мёрдо)[6]). 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, (например, полиброминированные дифениловые эфиры)[7,8]), поверхностно-активные вещества, углеводороды и соединения, разрушающие эндокринную систему [3].

clarity of discharge effluent at McMurdo SMALL

Рисунок 2. Чистота воды, выбрасываемой из установки очистки сточных вод на станции Мак-Мёрдо.

 

Во многих исследованиях сточных вод в Антарктике внимание сосредоточено на измерении их распространения и количества в морской окружающей среде. Они проводились преимущественно в течение лета; однако зимой, когда прибрежные районы покрыты морским льдом, условия рассеивания могут отличаться[9]. Было определено четыре категории маркёров рассеивания сточных вод: человеческие энтеробактерии, например Escherichia coli, Enterococci, Clostridum perfringens и общие колиформные бактерии [3,9-11]; человеческие биомаркёры, например фекальные стеролы[12-14]; загрязняющие вещества и молекулярные маркёры сточных вод, например углеводороды[11], линейные алкилбензолы [13], следы металлов[11], полиброминированные дифениловые эфиры[7,8,11]; а также стабильные изотопы [6]. Маркёры сточных вод были обнаружены в морской воде, морских отложениях и биоте, в том числе в рыбах и беспозвоночных[14], на расстоянии до 2 км от станций. Как правило, сточные воды, сбрасываемые из антарктических выводных коллекторов, преимущественно протекают вдоль берега, при этом рассеивание в море отмечается реже [11,15]. Исключение составляют участки сброса в прибрежной акватории на шельфовых ледниках или на вечном морском льду, например в районе аэродромов на станции Мак-Мёрдо[16]. Однако измерение маркёров 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 организмов [3], которые могут сохранять жизнеспособность на протяжении длительных периодов [2,17], а также может представлять значительную угрозу местным микробным видам и микрофауне[18]. В сточных водах также могут содержаться подвижные генетические элементы, например антибиотикоустойчивые бактерии [19,20], которые были обнаружены в устойчивом состоянии в местных популяциях бактерий и животных [18,19] и были названы «генетическим загрязнением». Однако 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 чаек [3], хотя свидетельства наличия антропогенных источников или каких-либо вызванных ими вспышек эпидемии отсутствуют. Тем не менее, 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 изотопов [6]. Симптомы заболеваний не наблюдались [3], однако была отмечена повышенная распространённость патологий внутренних органов у рыб[21].

Наше понимание воздействия на окружающую среду сточных вод, сбрасываемых в экосистемы Антарктики, относительно ограничено. На станциях Мак-Мёрдо, Кейси и Дейвис были проведены исследования 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[22,23]. Экотоксикологические исследования сточных вод немногочисленны, но они свидетельствуют об их токсичности для морских беспозвоночных Антарктики при малых концентрациях при воздействии в течение нескольких недель [5]. 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 загрязнения [2].

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 среды [5]. Большинство очистных сооружений на станциях удаляют биогенные вещества и снижают БПК, таким образом отражая процессы вторичной 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].

Ceramic membrane treatment Davis Station

Рисунок 3. На виде в разрезе установки очистки сточных вод на станции Дейвис показана комплексность техники, необходимой для очистки.

 

Davis treatment plant

Рисунок 4. Внутри установки очистки сточных вод на станции Дейвис.

 

В настоящее время в рамках Протокола не было согласовано никаких конкретных инструкций по удалению сточных вод или конкретных допустимых уровней бактерий в выбросах из выводных коллекторов. Однако с момента подписания Протокола (1991 г.) технологии очистки сточных вод были заметно усовершенствованы, а глубокая третичная обработка в настоящее время является самой лучшей технологией, сводящей к минимуму весь спектр потенциальных рисков, вызванных сбросом сточных вод. Выброс неочищенных канализационных вод и связанные с ним неместные микроорганизмы, генетические элементы, химические загрязняющие вещества и биогенные вещества остаются причиной для значительного беспокойства. Контроль существующих выводных коллекторов и участков сброса, а также дальнейшие исследования их потенциального воздействия, в частности связанного с вредными загрязняющими веществами (такими как стойкие органические загрязняющие вещества), микробиологического воздействия, генетического загрязнения и здоровья диких животных могут помочь в количественной оценке риска и потенциального воздействия, а более чувствительные аналитические методы могут помочь определить низкие уровни выброса канализационных вод в окружающую среду Антарктики. Достаточное «первоначальное разбавление и быстрое рассеивание» для предотвращения воздействия может быть недостижимым в прибрежных акваториях Антарктики, однако передовые методики очистки могут предоставлять возможные решения для уменьшения экологического риска.

Davis outfall with seaice SMALL

Рисунок 5. Выводной коллектор на станции Дейвис в условиях наличия морского льда.


Основные события

1975 г:  VIII КСДА.  Рекомендация VIII-11.  Кодекс поведения при осуществлении деятельности в Антарктике.  В документе содержалось требование, чтобы отходы жизнедеятельности человека (а также мусор и стоки из прачечной) по возможности мацерировались и сливались в море.

1982 г:  XII КСДА.  Рекомендация XII-4.  Правила удаления отходов.  Стороны отметили, что усовершенствования в материально-техническом обеспечении и технологии увеличивают осуществимость обработки отходов жизнедеятельности человека и других отходов на месте и порекомендовали своим правительствам, чтобы они запросили информацию у своих соответствующих учреждений, действующих в Антарктике, о желательности и осуществимости пересмотра Кодекса поведения при осуществлении деятельности в Антарктике, в частности в свете увеличения возможности обработки на месте.

1991 г:  СКСДА XI-4.  Утверждён Протокол и первые четыре Приложения к нему.  В Приложении III говорится о том, что:

  • Отходы должны вывозиться из района действия Договора об Антарктике в максимально возможной степени.
  • Отходы жизнедеятельности человека [и другие отходы] не должны удаляться на свободные ото льда участки или сбрасываться в пресноводные системы.
  • Сточные воды могут сбрасываться в море с учетом ассимиляционных возможностей принимающей морской среды и при условии, что такой сброс быстро разбавляется и рассеивается.
  • Большие количества таких отходов (произведённых на станции, где находятся 30 и более человек) должны обрабатываться, по крайней мере, путём мацерации.
  • Побочные продукты обработки сточных вод во вращающемся биологическом смесителе могут сбрасываться в море при условии, что такой сброс не оказывает отрицательного влияния на морскую среду.

2002 г:  Практические рекомендации КОМНАП по недопущению сброса сточных вод на континентальных участках

2006 г:  Семинар для специалистов по охране окружающей среды Антарктики по вопросам организации сбора и удаления отходов, проведённый в г. Хобарте

2014 г:  Семинар КОМНАП по вопросам сбора и удаления сточных вод, проведённый в г. Крайстчёрче