Contact Us
Marine

Источники, рассеяние и воздействие сточных вод в Антарктике

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

(1) Australian Antarctic Division, Kingston, Tasmania, Australia
(2) Canadian Museum of Nature, Ottawa, Ontario, Canada
(3) British Antarctic Survey, Natural Environment Research Council,  Cambridge, UK
(4) Moss Landing Marine Labs, California, USA
(5) Centro de Estudos do Mar, Universidade Federal do Paraná, Pontal do Paraná, Brazil

Выброс канализационных и сточных вод в окружающую среду Антарктики представляет серьёзный и значительный риск воздействия на окружающую среду, в том числе интродукции неместных микроорганизмов и болезнетворных организмов, генетического загрязнения, а также скопления и воздействия загрязняющих веществ. Выбросы сточных вод могут привести к долгосрочному воздействию на здоровье диких животных, биоразнообразие и структуру сообщества вблизи антарктических станций. Порядок переработки и удаления значительно разнится, так как каждая Сторона Договора об Антарктике 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, однако 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 этот риск, а также другие связанные с этим риски.

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 территории1, 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 обработки1, 3, 4, начиная от полного её отсутствия (например, на множестве небольших или сезонных станций) до систем глубокой третичной обработки.

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.

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.

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

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 бактерии3, 11-13; человеческие биомаркёры, например фекальные стеролы14-16; 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 препараты9, 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 реже12, 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 периодов2, 19, а также может представлять значительную угрозу местным микробным видам и микрофауне20. В сточных водах также могут содержаться подвижные генетические элементы, например, антибиотикоустойчивые бактерии21, 22, которые были обнаружены в устойчивом состоянии в местных популяциях бактерий и животных20, 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.

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

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 микроорганизмов25, 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.

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

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 вещества3, 5.

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

В настоящее время в рамках Протокола не было согласовано никаких конкретных инструкций по удалению сточных вод или допустимых уровней бактерий в выбросах из выводных коллекторов. Однако с момента подписания Протокола в 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 Антарктики14. Достаточное «первоначальное разбавление и быстрое рассеивание» для предотвращения воздействия может быть недостижимым в прибрежных акваториях Антарктики, однако передовые методики очистки предоставляют собой оптимальные решения для уменьшения экологического риска, связанного с выбросами.

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 учётом 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

2016 г.

Публикация первой всесторонней оценки воздействия сброса сточных вод в морскую среду Антарктики24, проведённой исследователями Австралийской антарктической службы.

2016 г.

XXXIX КСДА/КООС XIX -BP008/КООС 13 – Установка новой системы обработки сточных вод на австралийской станции Дейвис.

Other information:

1.  Connor, M.A., Wastewater treatment in Antarctica. Polar Record, 2008. 44(02): p. 165-171.

2. Hughes, K.A. and S.J. Nobbs, Long-term survival of human faecal microorganisms on the Antarctic Peninsula. Antarctic Science, 2004. 16(03): p. 293-297.

3. Smith, J.J. and M.J. Riddle, Sewage Disposal and Wildlife Health in Antarctica, in Health of Antarctic Wildlife, K.R. Kerry and M. Riddle, Editors. 2009, Springer Berlin Heidelberg: Berlin. p. 271-315.

4. Gröndahl, F., J. Sidenmark, and A. Thomsen, Survey of Waste Water Disposal Practices at Antarctic Research Stations. Polar Research, 2009. 28: p. 298-306.

5. Stark, J.S., et al., Physical, chemical, biological and ecotoxicological properties of wastewater discharged from Davis Station, Antarctica. Cold Regions Science and Technology, 2015. 113: p. 52-62.

6. Conlan, K.E., G.H. Rau, and R.G. Kvitek, δ13C and δ15N shifts in benthic invertebrates exposed to sewage from McMurdo Station, Antarctica. Marine Pollution Bulletin, 2006. 52: p. 1695-1707.

7. Hale, R.C., et al., Antarctic Research Bases: Local Sources of Polybrominated Diphenyl Ether (PBDE) Flame Retardants. Environmental Science & Technology, 2008. 42(5): p. 1452-1457.

8. Wild, S., et al., An Antarctic Research Station as a source of Brominated and Perfluorinated Persistent Organic Pollutants to the Local Environment. Environmental Science and Technology, 2015. 49: p. 103-112.

9. González-Alonso, S., et al., Occurrence of pharmaceutical, recreational and psychotropic drug residues in surface water on the northern Antarctic Peninsula region. Environmental Pollution, 2017. 229: p. 241-254.

10. Waller, C.L., et al., Microplastics in the Antarctic marine system: an emerging area of research. Science of The Total Environment, 2017. 598: p. 220-227.

11. Hughes, K.A. and A. Thompson, Distribution of sewage pollution around a maritime Antarctic research station indicated by faecal coliforms, Clostridium perfringens and faecal sterol markers. Environmental Pollution, 2004. 127(3): p. 315-321.

12. Stark, J.S., et al., Dispersal and dilution of wastewater from an ocean outfall at Davis Station, Antarctica, and resulting environmental contamination. Chemosphere, 2016. 152: p. 142-157.

13. Hughes, K.A., Influence of seasonal environmental variables on the distribution of presumptive fecal coliforms around an Antarctic research station. Applied and Environmental Microbiology, 2003. 69(8): p. 4884-4891.

14. Leeming, R., J.S. Stark, and J.J. Smith, Novel use of faecal sterols to assess human faecal contamination in Antarctica: a likelihood assessment matrix for environmental monitoring. Antarctic Science, 2015. 27: p. 31-43.

15. Martins, C.C., et al., Sewage organic markers in surface sediments around the Brazilian Antarctic station: Results from the 2009/10 austral summer and historical tendencies. Marine Pollution Bulletin, 2012. 64(12): p. 2867-2870.

16. Edwards, D.D., G.A. McFeters, and M.I. Venkatesan, Distribution of Clostridium perfringens and fecal sterols in a benthic coastal marine environment influenced by the sewage outfall from McMurdo Station, Antarctica. Applied and Environmental Microbiology, 1998. 64(7): p. 2596-2600.

17. McFeters, G.A., J.P. Barry, and J.P. Howington, Distribution of enteric bacteria in Antarctic seawater surrounding a sewage outfall. Water Research, 1993. 27(4): p. 645-650.

18. Haehnel, R.B., et al., McMurdo Consolidated Airfields Study, Phase I, Basis of Design, 2013, Cold Regions Research and Engineering Laboratory, US Army Engineer Research and Development Center: Hanover, NH, USA. p. 104.

19. Smith, J.J., J.P. Howington, and G.A. McFeters, Survival, physiological response and recovery of enteric bacteria exposed to a polar marine environment. Applied and Environmental Microbiology, 1994. 60(8): p. 2977-2984.

20. Power, M.L., et al., Escherichia coli out in the cold: Dissemination of human-derived bacteria into the Antarctic microbiome. Environmental Pollution, 2016. 215: p. 58–65.

21. Miller, R.V., K. Gammon, and M.J. Day, Antibiotic resistance among bacteria isolated from seawater and penguin fecal samples collected near Palmer Station, Antarctica. Canadian Journal of Microbiology, 2009. 55(1): p. 37-45.

22. Hernández, J., et al., Human-Associated Extended-Spectrum β-Lactamase in the Antarctic. Applied and Environmental Microbiology, 2012. 78(6): p. 2056-2058.

23. Corbett, P., et al., Direct evidence of histopathological impacts of wastewater discharge on resident Antarctic fish (Trematomus bernacchii) at Davis Station, East Antarctica. Marine Pollution Bulletin, 2014. 87: p. 48-56.

24. Stark, J.S., et al., The environmental impact of sewage and wastewater outfalls in Antarctica: an example from Davis station, East Antarctica. Water Research, 2016. 105: p. 602-614.

25. Conlan, K.E., et al., Benthic changes during 10 years of organic enrichment by McMurdo Station, Antarctica. Marine Pollution Bulletin, 2004. 49: p. 43-60.

26. Stark, J.S., M.J. Riddle, and R.D. Simpson, Human impacts in soft-sediment assemblages at Casey Station, East Antarctica: spatial variation, taxonomic resolution and data transformation. Austral Ecology, 2003. 28: p. 287-304.