Загрязнение от рассеянных источников

Введение

Загрязнение от множественных источников

Неточечный источник загрязнения (НТС) относится к рассеянному загрязнению (или вредному воздействию) воды или воздуха, которое не происходит от одного конкретного источника. Этот тип загрязнения часто является кумулятивным эффектом небольшого количества загрязняющих веществ, собирающихся на большой территории. Это противопоставляется точечному загрязнению, которое возникает из единого источника. Неточечное загрязнение обычно возникает в результате поверхностного стока, осадков, атмосферных отложений, дренажа, просачивания или гидрологических изменений (дождевые и талые воды), когда отследить загрязнение до единственного источника затруднительно. Неточечное загрязнение воды оказывает влияние на водоемы от таких источников, как загрязненный сток из сельскохозяйственных угодий, попадающий в реку, или переносимый ветром мусор, выносимый в море. Неточечное загрязнение воздуха влияет на качество воздуха, например, от дымовых труб или выхлопных газов автомобилей. Хотя эти загрязняющие вещества могут исходить из точечного источника, их способность к дальнему переносу и множественность источников делают их неточечными источниками загрязнения; если бы выбросы происходили в водоем или атмосферу в одном месте, загрязнение было бы точечным. Неточечное загрязнение воды может происходить из множества различных источников, без конкретных решений или мер по устранению проблемы, что затрудняет его регулирование. Контролировать неточечное загрязнение воды сложно, поскольку оно возникает в результате повседневной деятельности многих людей, такой как удобрение газонов, применение пестицидов, строительство дорог или зданий. Контроль неточечного загрязнения требует улучшения управления городскими и пригородными районами, сельскохозяйственным производством, лесным хозяйством и маринами. К типам неточечного загрязнения воды относятся взвешенные вещества, питательные вещества, токсичные загрязнители, химические вещества и патогены. Основные источники неточечного загрязнения воды включают: городские и пригородные районы, сельскохозяйственное производство, атмосферные поступления, сток с автомагистралей, лесное и горнодобывающее производство, марины и судоходство. В городских районах загрязненные ливневые стоки, смываемые с парковок, дорог и автомагистралей, известные как городской сток, обычно классифицируются как неточечные источники (они могут стать точечным источником, если направляются в ливневую канализацию и сбрасываются по трубам в местные поверхностные воды). В сельском хозяйстве вымывание азотных соединений из удобренных сельскохозяйственных земель является примером неточечного загрязнения воды. Сток питательных веществ в ливневых стоках с "поверхностного стока" с сельскохозяйственного поля или леса также является примером неточечного загрязнения.

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.

Питательные вещества

Питательные вещества относятся главным образом к неорганическим веществам, поступающим со сточными водами, полигонов захоронения отходов, животноводческих комплексов и сельскохозяйственных угодий. Два основных питательных вещества, вызывающих опасения, – это фосфор и азот. Фосфор – это питательное вещество, которое встречается во многих биодоступных формах. Он особенно часто в избытке содержится в осадке сточных вод. Фосфор является основным компонентом многих удобрений, используемых в сельском хозяйстве, а также на жилых и коммерческих территориях, и может стать лимитирующим питательным веществом в пресноводных системах и некоторых эстуариях. Фосфор чаще всего переносится в водоемы посредством эрозии почвы, поскольку многие формы фосфора склонны 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 органического вещества в результате чрезмерного роста фитопланктона называется эвтрофикацией. Распространенным симптомом эвтрофикации является цветение водорослей, которое может образовывать неприглядный поверхностный налет, затенять полезные виды растений, выделять соединения, вызывающие неприятный вкус и запах, и отравлять воду из-за токсинов, производимых водорослями. Эти токсины представляют особую проблему для систем, используемых для питьевого водоснабжения, поскольку некоторые токсины могут вызывать заболевания у людей, а их удаление затруднительно и дорогостояще. Бактериальное разложение цветения водорослей потребляет растворенный кислород в воде, вызывая гипоксию с негативными последствиями для рыб и водных беспозвоночных. Азот – еще один ключевой компонент удобрений, и он обычно становится загрязнителем в соленых или солоноватых эстуарных системах, где азот является лимитирующим питательным веществом. Подобно фосфору в пресной воде, избыток биодоступного азота в морских системах приводит к эвтрофикации и цветению водорослей. Гипоксия становится все более распространенным результатом эвтрофикации в морских системах и может затрагивать большие площади эстуариев, заливов и прибрежных вод. Каждое лето гипоксические условия формируются в придонных водах в месте впадения реки Миссисипи в Мексиканский залив. В последние годы площадь этой "мертвой зоны" сопоставима с площадью штата Нью-Джерси и оказывает серьезное негативное воздействие на рыболовство в регионе. Азот чаще всего переносится водой в виде нитрата (NO3). Обычно азот поступает в водосборный бассейн в виде органического азота или аммиака (NH3), поэтому азот остается связанным с почвой, пока окисление не превратит его в нитрат. Поскольку нитрат обычно уже содержится в почве, вода, проходящая через почву (то есть межпластовый поток и дренаж с помощью дренажных труб), скорее всего, перенесет его, чем поверхностный сток.

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.

Сельскохозяйственные операции

Питательные вещества (азот и фосфор) обычно вносятся на сельскохозяйственные земли в виде коммерческих удобрений, навоза или путем распыления муниципальных или промышленных сточных вод (стоков) или осадка. Питательные вещества также могут попадать в сток с остатков урожая, воды для орошения, дикой природы и в результате атмосферных выпадений. Загрязнение питательными веществами, например, нитратами, может наносить вред водным экосистемам, ухудшая качество воды за счет снижения уровня кислорода, что, в свою очередь, может вызывать цветение водорослей и эвтрофикацию. Другие агрохимикаты, такие как пестициды и фунгициды, также могут попадать в окружающую среду с сельскохозяйственных земель через сток и осаждение. Пестициды, такие как ДДТ или атразин, могут распространяться по водным путям, оставаться во взвешенном состоянии в воздухе и переноситься ветром в процессе, известном как "снос спрея". Осадок (рыхлая почва), смываемый с полей, является одной из форм сельскохозяйственного загрязнения. Фермы с крупным поголовьем скота и птицы, такие как фабричные фермы, часто являются точечными источниками загрязнения. Эти объекты в США называются "концентрированными площадками содержания животных" или "животноводческими комплексами" и подлежат все более жесткому государственному регулированию. Сельскохозяйственная деятельность обеспечивает значительную долю всех видов загрязнения от рассеянных источников в Соединенных Штатах. При вспашке больших участков земли для выращивания сельскохозяйственных культур обнажается и разрыхляется почва, которая ранее была погребена. Это делает обнаженную почву более уязвимой к эрозии во время дождей, а также может увеличить количество удобрений и пестицидов, попадающих в близлежащие водоемы. Как правило, промышленные предприятия, такие как заводы, выбрасывают загрязнение воздуха через дымовые трубы. Хотя это точечный источник, из-за распределенного характера, дальнего переноса и множества источников загрязнения, его можно рассматривать как рассеянный источник в зоне выпадения осадков. Атмосферные поступления, влияющие на качество стока, могут происходить в виде сухого осаждения между штормами и влажного осаждения во время штормов. Влияние транспортного потока на влажные и сухие осаждения, происходящие на или вблизи автомагистралей, дорог и парковочных зон, создает неопределенность в оценке величины различных атмосферных источников в стоке. Существующие сети, использующие протоколы, достаточные для количественной оценки этих концентраций и нагрузок, не измеряют многие интересующие компоненты, и эти сети слишком разрежены для получения достоверных оценок выпадения осадков в местном масштабе. Харнед (1988) оценил, что сточные нагрузки состоят из атмосферных выпадений (9%), отложений от транспортных средств (25%) и материалов для обслуживания дорог (67%), а также оценил, что около 9% этих нагрузок повторно попадают в атмосферу.

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.

Лесохозяйственные и горнодобывающие операции

Лесохозяйственная и горнодобывающая деятельность может вносить существенный вклад в загрязнение рассеянными источниками.

Лесоводство

Лесохозяйственные работы уменьшают количество деревьев на определенной территории, тем самым снижая уровень кислорода в этой территории. Это, в сочетании с использованием тяжелой техники (лесозаготовительные машины и т.п.), увеличивает риск эрозии почвы.

Добыча полезных ископаемых

Активные горные работы считаются точечными источниками загрязнения, однако стоки с заброшенных горных разработок способствуют загрязнению от рассеянных источников. При открытой разработке верхняя часть горы удаляется для обнажения целевой руды. Если эта территория не будет должным образом рекультивирована после завершения добычи, может произойти эрозия почвы. Кроме того, могут происходить химические реакции воздуха и вновь обнаженной породы, приводящие к образованию кислотных стоков. Вода, вытекающая из заброшенных подземных шахт, также может быть сильно кислой. Она может просачиваться в ближайший водоем и изменять pH в водной среде. На строительных площадках обычно применяют простые меры для снижения загрязнения и стока. Во-первых, вокруг строительных площадок устанавливают отсечные или илоулавливающие заборы для уменьшения количества осадка и крупного материала, попадающего в близлежащий водоем. Во-вторых, укладка травы или соломы по периметру строительных площадок также помогает снизить загрязнение от рассеянных источников. По крайней мере, два района охраны моллюсков в южной части Пьюджет-Саунд ввели требования к эксплуатации и техническому обслуживанию септических систем, сборы за участие в программе привязаны непосредственно к налогам на недвижимость.

Сельскохозяйственные операции

Для контроля за осадками и стоком фермеры могут использовать меры по борьбе с эрозией, чтобы снизить объемы стока и удержать почву на полях. Распространенные методы включают контурную вспашку, мульчирование посевов, севооборот, посадку многолетних культур или создание прибрежных защитных полос. Консервативная обработка почвы – это подход, используемый для уменьшения стока при посеве новой культуры. Фермер оставляет на поле часть растительных остатков с предыдущего урожая, чтобы предотвратить сток в процессе посева. Для минимизации негативного воздействия пестицидов фермеры могут применять методы интегрированной защиты растений (IPM), которые могут включать биологическую борьбу с вредителями, для поддержания контроля над популяциями вредителей, снижения зависимости от химических пестицидов и защиты качества воды.

Лесохозяйственные операции

При правильном планировании размещения лесозаготовительных троп, также называемых скид-тропами, можно снизить количество образующегося осадка. Располагая тропы как можно дальше от зоны лесозаготовок и приспосабливая их рельеф к местности, можно уменьшить количество рыхлого осадка в поверхностном стоке. Кроме того, восстановление лесного покрова после вырубки обеспечивает почве структуру для восстановления стабильности и восполняет утраченную среду обитания. Цель этих и подобных программ – создание основы для общенационального сокращения загрязнения путем развития и совершенствования существующих систем. Программы государственных и местных органов власти ориентируются на передовые методы управления (BMP) для достижения своих целей – поиска наиболее экономичного способа снижения загрязнения. BMP могут применяться как для сельскохозяйственного, так и для городского стока и могут быть как инженерными, так и неинженерными методами. Федеральные агентства, включая EPA и Службу охраны природных ресурсов, одобрили и предоставили список широко используемых BMP для различных категорий загрязнения от рассеянных источников.

Положения Закона США о чистой воде для штатов

Конгресс утвердил программу грантов по разделу 319 CWA в 1987 году. Гранты предоставляются штатам, территориям и племенам с целью стимулирования реализации и дальнейшего совершенствования политики в этой области. Закон обязывает все штаты осуществлять управление программами по неточечным источникам загрязнения (NPS). Агентство по охране окружающей среды (EPA) требует регулярного обновления программ для эффективного управления постоянно меняющимся состоянием водных ресурсов и обеспечения эффективного использования средств и ресурсов, выделяемых по программе 319. Поправки к Закону о реавторизации прибрежных зон (CZARA) 1990 года учредили программу в рамках Закона об управлении прибрежными зонами, которая предписывает разработку мер по управлению загрязнением неточечными источниками в штатах, имеющих прибрежные воды. CZARA требует от штатов с береговой линией внедрения мер управления для устранения загрязнения воды и обеспечения того, чтобы результатом этих мер была именно реализация, а не просто принятие.