Көп көзді ластану мәселесі

Кіріспе

Көп көзден туындайтын ластану.

Нүктелік емес көзден (НЭК) ластану – судың немесе ауаның бір ғана нақты көзден шықпай, таралып жатқан ластануы (немесе ластану). Бұл типтегі ластану көбінесе үлкен аумақтан жиналған аз мөлшердегі ластаушы заттардың күммулятивтік әсерінен туындайды. Бұл бір көзден шығатын нүктелік ластанудан өзгеше. Нүктелік емес көзден ластану әдетте жер бетінен ағып келуден, жауын-шашыннан, атмосфералық шөгінділерден, дренаждан, сіңуден немесе гидрологиялық өзгерістерден (жаңбыр мен қардың еруінен) пайда болады, онда ластануды бір көзбен байланыстыру қиын. Нүктелік емес көзден судың ластануы су нысандарына әсер етеді, мысалы, ластанған ағын судың егістік жерлерден өзенге құйылуы немесе желмен келген қоқыстардың теңізге ұшып кетуі. Нүктелік емес көзден ауаның ластануы ауа сапасына әсер етеді, мысалы, түтін шығаратын заводтардан немесе автомобильдердің эгзостық құбырларынан шығатын газдар. Бұл ластаушы заттар бір нүктелі көзден шыққанмен, ластаушының қашықтыққа тасымалдану қабілеті және көптеген көздері оны нүктелік емес ластануға айналдырады. Егер шығарылымдар су нысанына немесе атмосфераға бір ғана жерде орын алса, онда ластану нүктелік болар еді. Нүктелік емес көзден судың ластануы көптеген әртүрлі көздерден туындауы мүмкін, проблеманы шешу үшін нақты шешімдер немесе өзгерістер болмауы мүмкін, сондықтан оны реттеу қиын. Нүктелік емес көзден судың ластануын бақылау қиын, өйткені ол көптеген адамдардың күнделікті іс-әрекеттерінен туындайды, мысалы, газонды тыңайту, пестицидтерді қолдану, жол салу немесе ғимарат салу. Нүктелік емес ластануды бақылау үшін қалалық және қала маңындағы аумақтарды, ауыл шаруашылығын, орман шаруашылығын және кемежайларды басқаруды жақсарту қажет. Нүктелік емес көзден судың ластану түрлері: шөгінділер, қоректік заттар, уытты ластаушылар, химиялық заттар және патогендер. Нүктелік емес көзден судың ластануының негізгі көздері: қалалық және қала маңындағы аудандар, ауыл шаруашылығы, атмосфералық түсулер, автомобиль жолдары, орман шаруашылығы және тау-кен өндірісі, кемежайлар және қайықпен жүзу. Қалалық жерлерде тұрақтардан, жолдардан және тас жолдардан ағып шыққан ластанған дауыл сулары, қалалық ағынды су деп аталады, әдетте нүктелік емес көздер санатына кіреді (егер ол дауыл суларын ағызу жүйелеріне жіберіліп, жергілікті су нысандарына құбырлар арқылы шығарылса, нүктелік көз болып есептелуі мүмкін). Ауыл шаруашылығында тыңайған егістік жерлерден азот қосылыстарын шаю – нүктелік емес көзден судың ластануы. Егістік немесе орман үстіндегі "жапырақ ағынынан" жауын-шашын суындағы қоректік заттардың ағыны да нүктелік емес ластанудың мысалы болып табылады.

Nonpoint source (NPS) pollution refers to diffuse contamination (or pollution) of water or air that does not originate from a single discrete source. This type of pollution is often the cumulative effect of small amounts of contaminants gathered from a large area. It is in contrast to point source pollution which results from a single source. Nonpoint source pollution generally results from land runoff, precipitation, atmospheric deposition, drainage, seepage, or hydrological modification (rainfall and snowmelt) where tracing pollution back to a single source is difficult. Nonpoint source water pollution affects a water body from sources such as polluted runoff from agricultural areas draining into a river, or wind borne debris blowing out to sea. Nonpoint source air pollution affects air quality, from sources such as smokestacks or car tailpipes. Although these pollutants have originated from a point source, the long range transport ability and multiple sources of the pollutant make it a nonpoint source of pollution; if the discharges were to occur to a body of water or into the atmosphere at a single location, the pollution would be single point. Nonpoint source water pollution may derive from many different sources with no specific solutions or changes to rectify the problem, making it difficult to regulate. Nonpoint source water pollution is difficult to control because it comes from the everyday activities of many different people, such as lawn fertilization, applying pesticides, road construction or building construction. Controlling nonpoint source pollution requires improving the management of urban and suburban areas, agricultural operations, forestry operations and marinas. Types of nonpoint source water pollution include sediment, nutrients, toxic contaminants and chemicals and pathogens. Principal sources of nonpoint source water pollution include: urban and suburban areas, agricultural operations, atmospheric inputs, highway runoff, forestry and mining operations, marinas and boating activities. In urban areas, contaminated storm water washed off of parking lots, roads and highways, called urban runoff, is usually included under the category of non point sources (it can become a point source if it is channeled into storm drain systems and discharged through pipes to local surface waters). In agriculture, the leaching out of nitrogen compounds from fertilized agricultural lands is a nonpoint source water pollution. Nutrient runoff in storm water from "sheet flow" over an agricultural field or a forest are also examples of non point source pollution.

Қоректік заттар

Қоректік заттар негізінен ағынды сулардан, полигондардан, мал шаруашылығынан және егістік жерлерден түсетін минералдық емес заттарды білдіреді. Басты назардағы екі қоректік зат – фосфор және азот. Фосфор – биологиялық түрде қолжетімді көптеген формалары бар қоректік зат. Ол адамның кәріздік сарқырамасында аса көп мөлшерде кездеседі. Ол ауыл шаруашылығында, сондай-ақ тұрғын үйлерде және коммерциялық объектілерде қолданылатын көптеген тыңайтқыштардың негізгі құрамы болып табылады және тұщы су жүйелерінде және кейбір сағаларда шектеуші қоректік затқа айналуы мүмкін. Фосфор көбінесе топырақ эрозиясы арқылы су объектілеріне жеткізіледі, себебі фосфордың көптеген түрлері топырақ бөлшектеріне сіңуге бейім. Су жүйелеріндегі фосфордың артық мөлшері (әсіресе тұщы су көлдері, су қоймалары мен тоғандарда) фитопланктон деп аталатын микроскопиялық балдырлардың өрбуіне алып келеді. Фитопланктонның шамадан тыс өсуіне байланысты органикалық заттардың көбеюі эвтрофикация деп аталады. Эвтрофикацияның әдеттегі белгісі – балдырлардың гүлдеуі, ол жағымсыз беткі қабаттарды құрайды, пайдалы өсімдіктерге көлеңке түсіреді, дәм мен иіс тудыратын қосылыстар шығарады және балдырлардың бөлетін уларынан судың заластануына себеп болады. Бұл уларлар, әсіресе ауыз суға қолданылатын жүйелерде үлкен мәселе, себебі кейбір уларлар адам ауруларына шақыруы мүмкін және оларды жою қиын әрі қымбат. Балдырлардың бактериялық ыдырауы судағы еріген оттегіні жұмсайды, гипоксияны тудырады, ол балықтар мен су жануарлары үшін зиянды салдарларға әкеледі. Азот – тыңайтқыштардағы тағы бір маңызды компонент, және ол көбінесе азот шектеуші қоректік зат болып табылатын тұщы немесе ащылау сағаларда ластағышқа айналады. Тұщы сулардағы фосфорға ұқсас, теңіз жүйелеріндегі азоттың артық мөлшері эвтрофикацияға және балдырлардың гүлдеуіне әкеледі. Гипоксия теңіз жүйелерінде эвтрофикацияның жиі кездесетін салдары болып табылады және сағалардың, шығанақтардың және жағалауға жақын сулардың кең аумақтарына әсер етуі мүмкін. Әр жазда Миссисипи өзені Мексика шығанағына құятын жерде судың түбінде гипоксиялық жағдай қалыптасады. Соңғы жазда осы "өлген аймақтың" ауданы Нью-Джерси штатының ауданымен шамалас және бұл аймақтағы балық шаруашылығына елеулі зиян келтіреді. Азот көбінесе су арқылы нитрат (NO3) түрінде тасымалданады. Азот әдетте су алабына органикалық N немесе аммиак (NH3) түрінде қосылады, сондықтан азот топыраққа окистену арқылы нитратқа айналғанға дейін жабысады. Нитрат топыраққа сіңгендіктен, оны жер бетінен ағып кету емес, топырақ арқылы өтетін су (яғни, аралық ағыс және дренаж) тасымалдауы ықтимал.

Nutrients mainly refers to inorganic matter from runoff, landfills, livestock operations and crop lands. The two primary nutrients of concern are phosphorus and nitrogen. Phosphorus is a nutrient that occurs in many forms that are bioavailable. It is notoriously over abundant in human sewage sludge. It is a main ingredient in many fertilizers used for agriculture as well as on residential and commercial properties and may become a limiting nutrient in freshwater systems and some estuaries. Phosphorus is most often transported to water bodies via soil erosion because many forms of phosphorus tend to be adsorbed on to soil particles. Excess amounts of phosphorus in aquatic systems (particularly freshwater lakes, reservoirs, and ponds) leads to proliferation of microscopic algae called phytoplankton. The increase of organic matter supply due to the excessive growth of the phytoplankton is called eutrophication. A common symptom of eutrophication is algae blooms that can produce unsightly surface scums, shade out beneficial types of plants, produce taste and odor causing compounds, and poison the water due to toxins produced by the algae. These toxins are a particular problem in systems used for drinking water because some toxins can cause human illness and removal of the toxins is difficult and expensive. Bacterial decomposition of algal blooms consumes dissolved oxygen in the water, generating hypoxia with detrimental consequences for fish and aquatic invertebrates. Nitrogen is the other key ingredient in fertilizers, and it generally becomes a pollutant in saltwater or brackish estuarine systems where nitrogen is a limiting nutrient. Similar to phosphorus in fresh waters, excess amounts of bioavailable nitrogen in marine systems lead to eutrophication and algae blooms. Hypoxia is an increasingly common result of eutrophication in marine systems and can impact large areas of estuaries, bays, and near shore coastal waters. Each summer, hypoxic conditions form in bottom waters where the Mississippi River enters the Gulf of Mexico. During recent summers, the aerial extent of this "dead zone" is comparable to the area of New Jersey and has major detrimental consequences for fisheries in the region. Nitrogen is most often transported by water as nitrate (NO3). The nitrogen is usually added to a watershed as organic N or ammonia (NH3), so nitrogen stays attached to the soil until oxidation converts it into nitrate. Since the nitrate is generally already incorporated into the soil, the water traveling through the soil (i. e., interflow and tile drainage) is the most likely to transport it, rather than surface runoff.

Ауыл шаруашылығы операциялары

Қоректік заттар (азот пен фосфор) әдетте егістік жерлерге коммерциялық тыңайтқыш, мал тыңайтқышы түрінде немесе қалалық немесе өнеркәсіптік сарқынды суларды (ағынды суларды) немесе шламды шашу арқылы енгізіледі. Қоректік заттар егін қалдықтарынан, суару суларынан, жануарлар дүниесінен және атмосфералық шөгінділерден де ағып кетуі мүмкін. Нитраттар сияқты қоректік заттардың ластануы су ортасына зиян келтіруі мүмкін, себебі судың сапасы төмендеп, оттегі деңгейі азаяды, бұл өз кезегінде балдырлардың гүлдеуіне және эвтрофикацияға алып келуі мүмкін. Пестицидтер мен фунгицидтер сияқты басқа агрохимиялық заттар да ауыл шаруашылығы жерлерінен ағып кету және тозаңдану арқылы қоршаған ортаға енуі мүмкін. ДДТ немесе атразин сияқты пестицидтер су арналарымен жүзіп, ауада ілініп, желмен "спрейдің таралуы" деп аталатын процесте тасымалдануы мүмкін. Егістік жерлерден шайылып кететін шөгінділер (босаң топырақ) – ауыл шаруашылығының ластануының бір түрі. Ірі мал және құс шаруашылығымен айналысатын шаруашылықтар, мысалы, фабрикалық шаруашылықтар, көбінесе нүктелік ластану көздері болып табылады. АҚШ-та бұл нысандар "мал азықтандыру операциялары" немесе "қоректендіру алаптары" деп аталады және үкіметтік реттеудің күшеюіне ұшырауда. АҚШ-тағы барлық нүктелік емес ластанудың үлкен бөлігі ауыл шаруашылығына тиесілі. Үлкен жерлерді егін үшін өңдегенде, бұрын көмілген топырақ ашылып, босаңдайды. Бұл топырақтың жаңбырлы дауыл кезінде эрозияға ұшырауына себеп болады. Сондай-ақ, жақын жердегі су қоймаларына құйылатын тыңайтқыш пен пестицидтердің мөлшерін де арттырады. Әдетте, өнеркәсіптік нысандар, мысалы, фабрикалар, ауа ластануын түтін арқылы шығарады. Бұл нүктелік көз болғанымен, таралу сипаты, ұзақ қашықтыққа тасымалдануы және ластанудың көптеген көздері болғандықтан, оны жинақтау аймағында нүктелік емес көз ретінде қарастыруға болады. Атмосфералық жауын-шашынның ағып кету сапасына әсері құрғақ шөгінділер (дауылдар арасында) және ылғалды шөгінділер (дауыл кезінде) арқылы болуы мүмкін. Көлік құралдарының қозғалысының автокөлік жолдарының, жолдардың және тұрақ алаңдарының маңындағы ылғалды және құрғақ шөгінділерге тигізетін әсері, ағып кетудегі әртүрлі атмосфералық көздердің шамасын анықтауда белгісіздік тудырады. Осы концентрацияларды және жүктемелерді өлшеуге жеткілікті протоколдарды қолданатын қазіргі желілер көптеген қызығушылық тудыратын құрамдас бөліктерді өлшемейді және бұл желілер жергілікті масштабта жақсы бағалау жасауға жеткіліксіз. Харнед (1988) ағып кету жүктемелері атмосфералық жауын-шашыннан (9%), көлік құралдарының жинақталуынан (25%) және автомобиль жолдарының күтілу материалдарынан (67%) тұрады деп есептеді. Ол сондай-ақ бұл жүктемелердің шамамен 9 пайызы атмосфераға қайта оралады деп есептеді.

Nutrients (nitrogen and phosphorus) are typically applied to farmland as commercial fertilizer, animal manure, or spraying of municipal or industrial wastewater (effluent) or sludge. Nutrients may also enter runoff from crop residues, irrigation water, wildlife, and atmospheric deposition. Nutrient pollution such as nitrates can harm the aquatic environments by degrading water quality by lowering levels of oxygen, which can inturn induce algal blooms and eutrophication. Other agrochemicals such as pesticides and fungicides can enter environments from agricultural lands through runoff and deposition as well. Pesticides such as DDT or atrazine can travel through waterways or stay suspended in air and carried by wind in a process known as "spray drift". Sediment (loose soil) washed off fields is a form of agricultural pollution. Farms with large livestock and poultry operations, such as factory farms, are often point source dischargers. These facilities are called "concentrated animal feeding operations" or "feedlots" in the US and are being subject to increasing government regulation. Agricultural operations account for a large percentage of all nonpoint source pollution in the United States. When large tracts of land are plowed to grow crops, it exposes and loosens soil that was once buried. This makes the exposed soil more vulnerable to erosion during rainstorms. It also can increase the amount of fertilizer and pesticides carried into nearby bodies of water. Typically, industrial facilities, like factories, emit air pollution via a smokestack. Although this is a point source, due to the distributional nature, long range transport, and multiple sources of the pollution, it can be considered as nonpoint source in the depositional area. Atmospheric inputs that affect runoff quality may come from dry deposition between storm events and wet deposition during storm events. The effects of vehicular traffic on the wet and dry deposition that occurs on or near highways, roadways, and parking areas creates uncertainties in the magnitudes of various atmospheric sources in runoff. Existing networks that use protocols sufficient to quantify these concentrations and loads do not measure many of the constituents of interest and these networks are too sparse to provide good deposition estimates at a local scale Harned (1988) estimated that runoff loads were composed of atmospheric fallout (9%), vehicle deposition (25%) and highway maintenance materials (67%) he also estimated that about 9 percent of these loads were reentrained in the atmosphere.

Орман шаруашылығы және тау-кен өндірісі

Орман шаруашылығы және кен өндіру іс-әрекеттері нүктелік емес ластану көздеріне маңызды үлес қосуы мүмкін.

Орман шаруашылығы

Орман шаруашылығы белгілі бір аумақтағы ағаштар санын кемітеді, соның салдарынан сол аумақтағы оттегі деңгейі де төмендейді. Бұл әрекет, сонымен қатар ауыр техниканың (орман жинағыштары сияқты) топырақ үстінен өтуі топырақ эрозиясының қаупін арттырады.

Тау-кен өндірісі

Белсенді тау-кен жұмыстары нүктелік ластану көздері саналады, бірақ тасталған тау-кен жұмыстарынан ағатын су нүктелік емес ластануға себеп болады. Ашық тау-кен жұмыстарында қажетті кенді ашу үшін таудың үстіңгі қабаты алынып тасталады. Егер тау-кен жұмысы аяқталғаннан кейін бұл аймақ тиісінше қалпына келтірілмесе, топырақ эрозиясы пайда болуы мүмкін. Сонымен қатар, ауамен және жаңадан ашылған тау жыныстарымен химиялық реакциялар жүзеге асып, қышқыл су ағып шығуы мүмкін. Тасталған жер асты тау-кендерінен ағып шыққан су да күшті қышқылды болуы мүмкін. Бұл су ең жақын су қоймасына сіңіп, су ортасының pH деңгейін өзгерте алады. Құрылыс алаңдарында ластану мен су ағынын азайту үшін әдетте қарапайым шаралар қолданылады. Біріншіден, құрылыс алаңдарының айналасына шөгінді немесе лай тосқауылдары орнатылады, бұл шөгінді мен ірі материалдың жақын жердегі су қоймасына ағып кетуін азайтады. Екіншіден, құрылыс алаңдарының шетіне шөп немесе сабан төсеу де нүктелік емес ластануды азайтуға көмектеседі. Пьюгет Саундтың оңтүстігіндегі кем дегенде екі моллюскаларды қорғау ауданы септик жүйелерін пайдалану және күтіп ұстау талаптарын енгізді, ал бағдарлама ақылары тікелей мүлік салығымен байланысты.

Ауыл шаруашылығы операциялары

Седимент пен ағынды бақылау үшін фермерлер ағынды азайту және топырақты өз егістіктерінде сақтап қалу үшін эрозияны бақылау шараларын қолдана алады. Көбінесе қолданылатын техникаларға контурлы жырту, егінге мульчалау, егін алмастыру, көп жылдық дақылдар егу немесе суаймақ аймағындағы қорғау жолақтарын орнату жатады. Жаңа дақыл егу кезінде ағынды азайту мақсатында консервативті тілем қолданылады. Фермер алдыңғы егістен қалған өнімнің бір бөлігін жерде қалдырады, бұл егін егу процесінде ағынды болдырмауға көмектеседі. Пестицидтердің зиянды әсерін азайту үшін фермерлер зиянкестерді бақылауға, химиялық пестицидтерге тәуелділікті азайтуға және су сапасын қорғауға бағытталған Integrated Pest Management (IPM) әдістерін (биологиялық зиянкестерді бақылауды қоса алғанда) қолдана алады.

Орман шаруашылығы операциялары

Жақсы жоспарланған ағаш кесу және сырғанақ жолдарының орналастырылуы шөгіндінің пайда болуын азайтуға мүмкіндік береді. Жолдарды ағаш кесу аймағынан мүмкіндігінше алыс орналастырып, жер бедеріне сәйкес етіп жасау арқылы, сумен келіп жатқан бос шөгіндінің мөлшерін азайтуға болады. Сонымен қатар, ағаш кесуден кейін жерге қайта ағаштар отырғызу топырақтың тұрақтылығын қалпына келтіруге және кесілген ортаны жаңартуға көмектеседі. Осы және осыған ұқсас бағдарламалардың мақсаты – қолданыстағы жүйелерді дамыту және жақсарту арқылы штат бойынша ластануды азайтуға бағытталған негіздер құру. Мемлекеттік және жергілікті билік органдарының бағдарламалары ластануды ең көп азайтудың ең тиімді және арзан жолын табу үшін ең жақсы басқару тәсілдерін (ББТ) пайдаланады. ББТ ауыл шаруашылығы және қалалық су ағыздары үшін де қолданылуы мүмкін, және олар құрылымдық немесе құрылымдық емес болуы мүмкін. Федералдық агенттіктер, соның ішінде Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) және Табиғи ресурстарды сақтау қызметі, көптеген түрлі нүктелік емес ластану санаттары үшін жиі қолданылатын ББТ тізімін бекітіп, ұсынды.

АҚШ-тың штаттар үшін таза су туралы заңының ережелері

Конгресс 1987 жылы CWA 319-тармасы бойынша гранттар бағдарламасын бекітті. Гранттар штаттарға, аумақтарға және тайпаларға саясатты іске асыруға және одан әрі дамытуға көмектесу үшін беріледі. Заң барлық штаттарда NPS басқару бағдарламаларын жүргізуді міндеттейді. EPA суларының үнемі өзгеріп отыратын сипатын тиімді басқару және 319 гранттық қаражат пен ресурстарды тиімді пайдалану үшін бағдарламаны үнемі жаңартуды талап етеді. 1990 жылғы Жағалау аймағы туралы заңға түзетулер (CZARA) Жағалау аймағын басқару туралы заң аясында жағалау сулары бар штаттарда нүктелік емес ластануды басқару шараларын әзірлеуді міндеттейтін бағдарлама құрды. CZARA жағалауы бар штаттардан судың ластануын жоюға бағытталған басқару шараларын іске асыруды және осы шаралардың нәтижесі қабылданудан гөрі іске асырылуын қамтамасыз етуді талап етеді.