Загрязнение вод. Все загрязняющие вещества, в том числе антропогенного, техногенного происхождения, поступающие в природные воды, вызывают в них различные качественные изменения, основные из которых следующие:

изменение физических свойств (нарушение прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т. п.);

изменение химического состава, в частности появление в воде вредных веществ;

появление плавающих веществ на поверхности воды и отложений на дне;

сокращение количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических веществ;

появление бактерий и других микроорганизмов, в том числе и болезнетворных.

Загрязнение природных вод приводит к тому, что они оказываются непригодными для питья, купанья, а иногда и для технических нужд. Особенно пагубно оно влияет на рыб, водоплавающих птиц, животных и другие организмы, обитающие в воде.

Вредное воздействие на воды оказывают нефть и ее производные. Они не только образуют на поверхности рек и водоемов пленки, но и отложения на дне. Даже незначительное содержание нефти (0,2-0,4 мг/л) сопровождается появлением специфического запаха, который не исчезает после хлорирования и фильтрования воды. Присутствие в воде нефтепродуктов особенно негативно влияет на рыб, вызывая их массовое заболевание и гибель. При содержании в воде более 0,1 мг/л нефти мясо рыб приобретает неустранимый при технологических обработках привкус и специфический запах.

Большую опасность представляют фенольные соединения, содержащиеся в сточных водах различных предприятий. Обладая сильными антисептическими свойствами, фенольные воды нарушают биологические процессы, происходящие в воде, придавая ей резкий, неприятный запах и ухудшая условия воспроизводства водной фауны.

В последние годы отмечается загрязнение вод синтетическими поверхностно-активными веществами (СПАВ), которые содержатся в сточных водах некоторых производств. СПАВ придают воде привкусы и запахи, образуют стойкие скопления пены и ухудшают ее биохимические свойства. Уже при небольших концентрациях СПАВ в воде прекращается рост водорослей и другой растительности.

Спуск в природные источники теплых вод от различных энергетических установок приводит к интенсификации испарений и сопровождается увеличением минерализации. Одновременно происходит накопление органического вещества с последующим его разложением. Следствием этих процессов является уменьшение содержания в воде растворенного кислорода, что отрицательно сказывается на флоре и фауне.

Значительный ущерб водотокам причиняют молевой сплав леса и сбрасывание древесных отходов в виде опилок и коры. Помимо непосредственного повреждения рыб и их нерестилищ бревнами, сучьями и ветками, в воду выделяются смола и другие вредные вещества. Эти продукты медленно разлагаются в воде, поглощая кислород и вызывая гибель рыб и их икры.

Наибольшую опасность для природных вод, здоровья людей, животных и рыб представляют различные радиоактивные отходы. В организмах растений, рыб и животных происходят процессы биологической концентрации радиоактивных веществ. Мелкие организмы, содержащие эти вещества в небольших дозах, поглощаются более крупными, в которых возникают уже опасные концентрации. Поэтому в настоящее время все сточные воды с повышенной радиоактивностью сливаются в специальные подземные резервуары или закачиваются в глубокие бессточные бассейны. Существуют и другие более совершенные методы захоронения радиоактивных отходов, предупреждающие загрязнение природных вод.

Самоочищение вод. Открытые водоемы почти непрерывно подвергаются разнообразным загрязнениям. Однако в крупных водоемах резкого ухудшения качества воды не наблюдается. Это объясняется тем, что вода рек, озер и т. д. обладает способностью самоочищаться от взвешенных частиц, органических веществ, микроорганизмов и других загрязнений. Процесс самоочищения открытых водоемов протекает под влиянием разнообразных факторов, которые действуют одновременно в различных сочетаниях.

К числу таких факторов следует отнести: гидрологические - разбавление и смешивание попавших загрязнений с основной массой воды; механические - осаждение взвешенных частиц; физические - влияние солнечной радиации и температуры; биологические - сложные процессы взаимодействия водных растительных организмов с составными частями поступающих стоков; химические - превращение органических веществ в минеральные (т. е. минерализация).

При поступлении сточных вод в водоем происходят смешивание стоков с водой водоема и снижение концентрации загрязнений. Кроме того, взвешенные минеральные и органические частицы, яйца гельминтов и микроорганизмы частично осаждаются, вода осветляется и становится прозрачной.

В процессе самоочищения происходит отмирание сапрофитов и патогенных микроорганизмов. Они погибают в результате обеднения воды питательными веществами; бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей солнца, которые проникают в толщу воды более чем на 1 м; влияния бактериофагов и антибиотических веществ, выделяемых сапрофитами; неблагоприятных температурных условий; антагонистического воздействия водных организмов и других факторов. Процессы самоочищения воды протекают более интенсивно в теплое время года и в проточных водоемах - реках.

Существенную роль в процессах самоочищения воды играют так называемые сапрофитная микрофлора и водные организмы. Некоторые представители микрофлоры водоемов обладают антагонистическими свойствами к патогенным микроорганизмам, что приводит к гибели последних.

Простейшие водные организмы, а также зоопланктон (рачки, коловратки и др.), пропуская воду через свой кишечник, уничтожают огромное количество бактерий. Бактериофаги, попавшие в водоем, также оказывают воздействие на болезнетворные организмы.

Одним из важных процессов самоочищения воды является минерализация органических веществ, т. е. образование минеральных веществ из органических под воздействием биологических, химических и других факторов. При минерализации в воде снижается количество органических веществ, наряду с этим может окисляться и органическое вещество микробов, а следовательно, часть бактерий гибнет.

Первым минеральным продуктом окисления азотсодержащих органических веществ является аммонийный ион или аммиак. Аммиак, как правило, при наличии окислителей переходит в нитриты, но эти закисные соединения очень нестойки и при наличии кислорода окисляются до нитратов, которые являются конечным веществом при минерализации органических азотсодержащих продуктов.

Окисление жиров, клетчатки углеводов в основном идет в воде с интенсивным образованием углекислого газа.

Доказательством органического происхождения азотсодержащих минеральных веществ служат высокая окисляемость воды, почти полное отсутствие растворенного кислорода, наличие хлоридов, сульфатов, фосфатов и др.

Хорошая аэрация воды (обогащение кислородом) обеспечивает активизацию окислительных, биологических и других процессов, способствуя очищению воды.

Скорость самоочищения воды зависит от следующих основных условий: количества загрязнений, поступивших в водоем; глубины водоема и скорости течения воды; температуры воды; количества растворенного в воде кислорода; состава микрофауны и флоры воды и т. д. Однако необходимо помнить, что способность водоемов к самоочищению ограничена.

Соединения свинца, меди, цинка, ртути, которые могут попасть в водоемы со стоками, оказывают токсическое действие на организм животных, а также замедляют процессы самоочищения воды и ухудшают ее органолептические свойства.

В небольших водоемах при значительном количестве загрязнителей белкового характера в воде могут накапливаться промежуточные вещества их распада (сероводород, нитриты, диамины и т. д.), обладающие высокой токсичностью.

Самоочищение подземных вод происходит благодаря фильтрации через почву и за счет процессов минерализации.

Загрязняющие вещества влияют на сложные взаимосвязи, сло­жившиеся в водной среде в течение многих миллионов лет между ее обитателями и самой средой,- с одной стороны, и внутри се­мейств населяющих ее животных и растительных организмов,- с другой. Эти системы связей обладают определенной устойчиво­стью, гибкостью и самовосстановительной способностью, выработанной в процессе эволюции, так как природная среда сама по­стоянно изменяется.

Благодаря этим свойствам, водные бассейны могут самостоя­тельно нейтрализовать некоторое количество нефти, инородных химических веществ, бактерий и других видов загрязнений. Эту способность водоемов мы наблюдаем постоянно и повсеместно. Так, прямые потери нефти на земном шаре достигают примерно 5 млн. т в год. Этого количества достаточно, чтобы покрыть тон­ким слоем нефти площадь в 50 млн. кв. м. Если бы не было про­цессов самоочищения, то за 6-7 лет все воды земного шара покры­лись бы нефтяной пленкой и в них практически исчезла бы жизнь.

Процессы самоочищения в природе протекают очень медленно и не успевают за бурным ростом сбросов загрязнений в наш век технической революции. Чтобы предотвратить всеобщее загрязне­ние водной среды, необходимо срочное вмешательство человека.

Совокупность всех природных процессов, направленных на восстановление первоначальных свойств и состава воды соответ­ственно существовавшему ранее равновесию, называется самоочи­щением природных вод. Оно сопровождается также восстановле­нием микрофлоры, растительности и животного мира водного бассейна.

Способность к самоочищению водного объекта зависит от ин­тенсивности протекания в нем гидродинамических, биохимиче­ских, химических и физических процессов. Каждый водный объект имеет свой предел самоочищения. При этом имеет значе­ние общий объем воды в нем, интенсивность водообмена, степень динамического перемешивания вод, их температура, мощность слоя конвекционного перемешивания и другие факторы.

Обычно решающее значение в снижении в воде концентрации загрязняющих веществ принадлежит гидродинамическим процес­сам разбавления, главную роль в которых играет диффузно-турбулентное перемешивание водных масс. Когда объем воды в во­доеме невелик или расход воды в потоке недостаточен, чтобы разбавить загрязнение до неопасных концентраций, самоочище­ние затрудняется. В таких случаях при стационарном сбросе за­грязнений будет происходить даже увеличение концентрации за­грязняющих веществ.

Самоочищению в природных условиях способствуют неустой­чивость большинства компонентов загрязнений в водной среде, антагонизм между существующей и внесенной микрофлорой, а также гидрометеорологические, биологические и другие фак­торы. Например, нефть и нефтепродукты в водоеме подвергаются механическим и физическим превращениям под воздействием ветра, волнения и солнечной радиации. Частично они оседают на берегах, водной растительности, обволакивают взвешенные ча­стицы и вместе с ними оседают на дно, частично испаряются (испаряются наиболее легкие фракции, придающие воде специ­фический запах), подвергаются биохимическому и микробиологи­ческому распаду. А. А. Ворошилова и Е. В. Дианова отметили факт развития в поверхностной нефтяной пленке специфических микроорганизмов, способных разлагать нефтепродукты. Реакция идет по следующей схеме: углеводород + молекулярный кисло­род = углекислота + вода. Бактерии при этом играют роль катали­заторов.

Распад нефтепродуктов в результате биохимического окисле­ния происходит чрезвычайно медленно: 1 мг нефти потребляет за 8 дней всего 10-16% кислорода, теоретически потребного для полного окисления. Следовательно, полное биохимическое окис­ление нефти завершается примерно через 50-80 дней, в пять - во­семь раз медленнее, чем окисление органического вещества, содер­жащегося в бытовых сточных водах.

В прибрежных, наиболее прогреваемых районах процессы био­химического и микробиологического разложения нефти происхо­дят более интенсивно. В морях и озерах с удалением от берега и по мере увеличения глубины температура воды понижается и процессы биологического окисления замедляются. Поэтому пленка нефти на поверхности открытых участков озер, морей и океанов сохраняется более устойчиво, чем в прибрежных районах.

В зависимости от глубины водоема, времени года, силы и на­правления ветров площадь распространения и степень загрязне­ния нефтепродуктами изменяется. В холодное время года, при температуре воды ниже 8° С бактерии, разлагающие нефтепро­дукты, находятся в угнетенном состоянии. С весенним прогревом вод жизнедеятельность микроорганизмов усиливается, и они начи­нают способствовать минерализации нефтепродуктов, вследствие чего концентрация нефти в воде уменьшается.

Консервативные вещества (соли тяжелых металлов и другие), попавшие в воду, подвергаются одному лишь разбавлению. Сте­пень этого разбавления можно оценить путем выявления зон с различной концентрацией загрязняющих веществ и установле­ния границы, за которой концентрация загрязняющих веществ не превышает нормы по санитарным, биологическим или другим по­казателям. При устойчивых радиоактивных загрязнениях или когда сброс представлен веществами, которые входят в малых концентрациях в состав природных (незагрязненных) вод, за границу самоочищения водных масс принимается граница, за ко­торой концентрация загрязняющих веществ уравнивается с их содержанием в природных водах (например, с фоном радиоактив­ного излучения природных вод в данном районе в данный момент).

Органические соединения, попав в воду, наряду с разбавле­нием, еще и окисляются химическим и биохимическим путем. Ко­личество органического вещества, способного окисляться (до СО 2 и Н 2 О) под действием микрофлоры, оценивается полной биохими­ческой потребностью в кислороде (БПК). Суммарное содержание органических веществ в воде устанавливается путем определения величины химического потребления кислорода (ХПК), необходи­мого для их окисления. Если БПК близко к ХПК, значит, в воде присутствуют легко окисляемые загрязнения и процесс самоочищения в водоеме будет протекать сравнительно быстро и полно. Детергенты, гербициды и некоторые другие вещества тормозят процессы биохимического окисления.

Полностью устранить процессы загрязнения водной среды нельзя. Однако свести их к минимуму, устранить их вредное влияние на качество воды вполне возможно. Для этого необходимо довести сбросы загрязнений до уровня, который не превы­шал бы самоочищяющей способности вод данного водного объекта. Тем самым будет исключена опасность накопления за­грязнений в водной массе и на дне бассейна. Установить это рав­новесие можно путем расчета баланса между приходной и рас­ходной (нейтрализующей) частями инородных веществ в водах исследуемого объекта.

Поступающие в водоем загрязнения вызывают в нем нарушение естественного равновесия. Способность водоема противостоять этому нарушению, освобождаться от вносимых загрязнений и составляет сущность процесса самоочищения.

Самоочищение водных систем обусловлено многими природными, а иногда и техногенными факторами. К числу таких факторов относятся различные гидрологические, гидрохимические и гидробиологические процессы. Условно можно выделить три типа самоочищения: физическое, химическое, биологическое.

Среди физических процессов первостепенное значение имеет разбавление (перемешивание). Хорошее перемешивание и снижение концентрации взвешенных частиц обеспечивается интенсивным течением рек. Способствует самоочищению водоемов отстаивание загрязненных вод и оседание на дно нерастворимых осадков, сорбция загрязняющих веществ взвешенными частицами и донными отложениями. Для летучих веществ важным процессом является испарение.

Среди химическим факторов самоочищения водоемов главную роль играет окисление органических и неорганических веществ. Окисление происходит в воде при участии растворенного в ней кислорода, поэтому чем выше его содержание, тем быстрее и лучше протекает процесс минерализации органических остатков и самоочищения водоема. При сильном загрязнении водоема запасы растворенного кислорода быстро расходуются, а накопление его за счет физических процессов газообмена с атмосферой протекает медленно, отчего самоочищение замедляется. Самоочищение воды может происходить и вследствие некоторых других реакций, при которых образуются трудно растворимые, летучие или нетоксичные вещества, например, гидролиза пестицидов, реакции нейтрализации и др. Содержащиеся в природной воде карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния нейтрализуют кислоты, а растворенная в воде угольная кислота нейтрализует щелочи.

Под влиянием ультрафиолетового излучения солнца в поверхностных слоях водоема происходит фоторазложение некоторых химических веществ, например ДДТ, и обеззараживание воды – гибель патогенных бактерий. Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется их влиянием на протоплазму и ферменты микробных клеток, что вызывает их гибель. Ультрафиолетовые лучи оказывают губительное воздействие на вегетативные формы бактерий, споры грибов, цисты простейших, вирусы.

Каждый водоем – это сложная живая система, где обитают бактерии, водоросли, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Процессы метаболизма, биоконцентрирования, биодеградации приводят к изменению концентрации загрязняющих веществ. К биологическим факторам самоочищения водоема относятся также водоросли, плесневые и дрожжевые грибки, однако в отдельных случаях массовое развитие сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения. Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать и представители животного мира. Так, устрицы и некоторые амебы адсорбируют кишечные и другие вирусы. Каждый моллюск профильтровывает в сутки более 30 литров воды. Тростник обыкновенный, рогоз узколистный, камыш озерный и другие макрофиты способны поглощать из воды не только относительно инертные соединения, но и физиологически активные вещества типа фенолов, ядовитые соли тяжелых металлов.

Процесс биологической очистки воды связан с содержанием в ней кислорода. При достаточном количестве кислорода проявляется активность аэробных микроорганизмов, которые питаются органическими веществами. При расщеплении органических веществ образуются углекислый газ и вода, а также нитраты, сульфаты, фосфаты. Биологическое самоочищение представляет собой основное звено процесса и рассматривается как одно из проявлений биотического круговорота в водоеме.

Вклад отдельных процессов в способность природной водной среды к самоочищению зависит от природы загрязняющего вещества. Для так называемых консервативных веществ, которые не разлагаются или разлагаются очень медленно (ионы металлов, минеральные соли, персистентные хлорорганические пестициды, радионуклиды и т.д.), самоочищение имеет кажущийся характер, поскольку происходит лишь перераспределение и рассеивание загрязняющего вещества в окружающей среде, загрязнение им сопредельных объектов. Снижение их концентрации в воде происходит за счет разбавления, выноса, сорбции, бионакопления. В отношении биогенных веществ наиболее важны биохимические процессы. Для водорастворимых веществ, не вовлекаемых в биологический круговорот, важны реакции их химической и микробиологической трансформации.

Для большинства органических соединений и некоторых неорганических веществ микробиологическая трансформация считается одним из основных путей самоочищения природной водной среды. Микробиологические биохимические процессы включают реакции нескольких типов. Это реакции с участием окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов (оксидаз, оксигеназ, дегидрогеназ, гидролаз и др.). Биохимическое самоочищение водных объектов зависит от множества факторов, среди которых наиболее важные – температура, активная реакция среды (рН) и содержание азота и фосфора. Оптимальная температура для протекания процессов биодеградации составляет 25-30ºС. Большое значение для жизнедеятельности микроорганизмов имеет реакция среды, которая влияет на ход ферментативных процессов в клетке, а также на изменение степени проникновения в клетку питательных веществ. Для большинства бактерий благоприятна нейтральная или слабощелочная реакция среды. При рН <6 развитие и жизнедеятельность микробов чаще всего снижается, при рН <4 в некоторых случаях их жизнедеятельность прекращается. То же самое наблюдается при повышении щелочности среды до рН>9,5.

Министерство науки и образования РФ
Югорский Государственный университет
Институт природопользования
Кафедра экологии и природопользования

РЕФЕРАТ
по дисциплине ""Гидрологические аспекты природопользования""

Тема: Самоочищение воды.

Выполнил: студент 2 курса
группы 2712
Исаченко А.В.

Преподаватель: Болотнов В.П.

Г. Ханты-Мансийск, 2012 г.

Самоочищение водоемов

Интереснейшими явлениями природы являются способность водоемов к самоочищению и установление в них так называемого биологического рав-новесия. Оно обеспечивается совокупной деятельностью населяющих их ор-ганизмов: бактерий, водорослей и высших водных растений, различных бес-позвоночных животных. Поэтому одна из важнейших природоохранитель-ных задач состоит в том, чтобы поддерживать эту способность. Каждый водоем - это сложная живая система, где обитают растения, специфические организмы, в том числе и микроорганизмы, которые постоян-но размножаются и отмирают. Если в водоем попадают бактерии или химические примеси, то в условиях девственной природы процесс самоочище-ния протекает быстро и вода восстанавливает свою первозданную чистоту. Факторы самоочищения водоемов многочисленны и многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биоло-гические. Важным физическим фактором самоочищения водоемов является ультарафиолетовое излучение солнца. Под влиянием этого излучения происходит обеззараживание воды. Эффект обеззараживания основан на прямом губительном воздействии ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток. Ультрафиолетовое излучение может воздействовать не только на обычные бактерии, но и на споровые организмы и вирусы.

Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ. В процессе самоочищения водоема участвуют водоросли, плесневые и дрожжевые грибки. Двустворчатые моллюски - постоянные обитатели водоемов - являются санитарами рек. Пропуская через себя воду, они отфильтровывают взвешенные частицы. Мельчайшие животные и растения, а также органические остатки поступают в пищеварительную систему, несъедобные вещества оседают на слое слизи, покрывающем поверхность мантии двустворчатых. Слизь по мере загрязнения перемещается к концу раковины и выбрасывается в воду. Комочки ее представляют собой комплексный концентрат для питания микроорганизмов. Они и завершают цепь биологической очистки вод.

Водоемы обладают свойством под влиянием естественных факторов постепенно очищаться от попавших в них загрязнений: взвешенных частиц, бактерий, растворенных органических и неорганических веществ. Механизм С. в. от органических загрязнений складывается из: 1) сортировки твердых частиц по их уд. весу (оседание их на дно), 2) распределения загрязнения в массе воды водоема, что ведет к более тесному соприкосновению загрязнения с растворенным в воде 02, который является одним из существенных агентов в процессе минерализации органического вещества, 3) биохимич. процессов разрушения органических веществ в результате жизнедеятельности бактерий и прочих представителей флоры и фауны водоема, гл. образ, их низших форм, и 4) хим. процессов обмена и окисления продуктов распада органического вешества. В результате биохим. процессов распада органическое вещество разрушается и дает ряд конечных соединений-свободную угольную кислоту я ее соли, азотистые, сернокислые и фосфорнокислые соединения, к-рые в дальнейшем вовле- каются в кругооборот веществ растительным населением и микробами водоема.-К факторам, понижающим содержание бактерий в воде, принадлежат: 1) седиментация их при осаждении взвешенных в воде частиц на дно; 2) разведение воды притекающими массами более чистых вод; 3) отмирание бактерий под воздей-" ствием на них прямого солнечного света; 4) общая убыль в воде питательных для бактерий органических веществ и 5) пожирание бактерий Protozoa. Особенно интенсивно Protozoa поглощают те бактериальные виды, которые не принадлежат к нормальным обитателям воды, а именно патогенные микроорганизмы и из них холерный вибрион, тифозную, кишечную, синегнойную палочки и др.-При загрязнении водоема вода в нем изменяет свой состав, изменяется и флора и фауна водоема, но в дальнейшем, в результате процессов самоочищения, нормальная картина водоема постепенно восстанавливается. В зоне максимального загрязнения река характеризуется большим содержанием свежих органических веществ. Эта зона бедна растворенным 02. Заселена она гетеротрофными организмами (питающимися растворенными и взвешенными в воде органическими веществами).

Источники загрязнения.

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

Механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное, в основном, поверхностным видам загрязнений;

Химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

Бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

Радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

Тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных электростанций.

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые, в основном, проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.; в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

Производственные сточные воды загрязнены, в основном, отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы, в основном изменяют физические свойства воды.

Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды. Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме -беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб

Нерестилищ и кормовых мест.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше,

Чем воды, в которой они живут. Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1 л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате, снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.

Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что

Инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий, растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе и по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.

В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства.

Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясо-молочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов.

В сточных водах обычно около 60 % веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий.

Нагретые сточные воды тепловых электростанций и других производств причиняют “тепловое загрязнение”, которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется

Термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей, так называемого “цветения воды”. Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.

Основная причина загрязнения водоисточников сброс в водоемы неочи-щенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными пред-приятиями, а также предприятиями коммунального и сельского хозяйства. Загрязнению водных источников также способствует нерациональное веде-ние сельского хозяйства: остатки удобрений и ядохимикатов, вымываемые из почвы, попадают в водоемы и загрязняют их. Хотя потери воды во многих производственных процессах (из-за испарения и утечки) невелики, по суммарно промышленные предприятия расхо-дуют огромное количество воды, причем часть ее теряется безвозвратно или не подвергается никакой очистке.

Современное сельскохозяйственное производство, как и промышленность, может быть источником загрязнения. Вымываемые с орошаемых земель минеральные соли загрязняют водоемы, зачастую бесконтрольно применяются ядохимикаты, фосфорные и азотные удобрения. Излишки химикатов отравляют животный и растительный мир водоемов. К тому же химические вещества способны накапливаться в продукции, представляя тем самым немалую угрозу здоровью человека.

К источникам загрязнения водоемов в сельской местности относятся также крупные животноводческие комплексы. Источником загрязнения водоемов вредными веществами являются сточные воды судов. В последние годы водохранилища и реки приняли многие тысячи единиц так называемого маломерного флота: катера, различные лодки с подвесными моторами. С ревом, с белым бурунным следом, с круговыми виражами, выбрасывая отработанные газы носятся они назад и вперед по голубым акваториям. Известно, что 1 г нефтепродуктов портит 100 л воды. При этом содержание нефтепродуктов превышает допустимый уровень. Поднятая быстро мчащейся лодкой волна добегает до берега, разрушает его, берег интенсивно размывается. Существует еще весьма значительный источник загрязнения воды, который практически не поддается контролю. Это ливневые и снеговые стоки с территории леса, сельскохозяйственных угодий и т. д. По загрязненности такие воды, стекающие с огромных территорий, нередко сопоставимы с город-скими канализационными водами.

На территории России практически все водоемы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод выявили тенденцию к росту их загрязненности. Ежегодно увеличивается число створов с высоким уровнем загрязнения воды (более 10 ПДК) и количество случаев экстремально высокого загрязнения водных объектов (свыше 100 ПДК). Основными источниками загрязнения водоемов служат предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, целлюлозно-бумажной, легкой промышленности.

Санитарные условия спуска сточных вод

Водоемы и водотоки (водные объекты) считаются загрязненными, если показатели состава и свойств воды в них изменились под прямым или косвенным влиянием производственной деятельности и бытового использования населением и стали частично или полностью непригодными для одного из видов водопользования. Пригодность состава и свойств поверхностных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения и культурно-бытовых нужд населения, а также рыбохозяйственных целей, определяется их соответствием требованиям и нормативам одновременно. Если водный объект или его участок используют для различных нужд народного хозяйства, при определении условий сброса сточных вод следует использовать более жесткие нормативы качества поверхностных вод.

Состав и свойства воды, водных объектов должны контролироваться в створе, расположенном на водотоках на 1 км выше ближайших по течению пунктов водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах - на 1 км в обе стороны от пункта водопользования. Состав и свойства воды в водоемах или водотоке в пунктах питьевого и культурно-бытового водопользования по всем показателям должны соответствовать нормативам. Запрещается сбрасывать в водные объекты: а) сточные воды, содержащие вещества или продукты трансформации веществ в воде, для которых не установлены ПДК, а также вещества, для которых отсутствуют методы аналитического контроля; б) сточные воды, которые могут быть устранены путем организации бессточного производства, рациональной технологии, максимального использования в системах оборотного и повторного водоснабжения после соответствующей очистки и обеззараживания в промышленности, городском хозяйстве и для орошения в сельском хозяйстве; в) неочищенные или недостаточно очищенные производственные, хозяйственно-бытовые сточные воды и поверхностный сток с территорий промышленных площадок и населенных пунктов.

Запрещается сбрасывать в водные объекты сточные воды, содержащие возбудителей инфекционных заболеваний. Сточные воды, опасные в эпидемическом отношении, могут сбрасываться в водные объекты только после соответствующей очистки и обеззараживания. Запрещается допускать в водные объекты утечки от нефте- и продуктопроводов, нефтепромыслов, а также сброс мусора, неочищенных сточных, подсланевых, балластных вод и течки других веществ плавучих средств водного транспорта. Запрещается на водных объектах, используемых преимущественно для водоснабжения населения, молевой сплав леса, а также сплав древесины, в пучках и кошелях без судовой тяги.

Не допускается сброс сточных вод в водные объекты, используемые для водо- и грязелечения, а также в водные объекты, находящиеся в пределах округов санитарное охраны курортов. Место выпуска сточных вод должно быть расположено ниже по течению реки от границы населенного пункта и всех мест водопользования населения с учетом возможности обратного течения при нагонных ветрах. Место выпуска сточных вод в непроточные и малопроточные водоемы (озера, водохранилища и др.) должно определяться с учетом санитарных, метеорологических и гидрологических условий с целью исключения отрицательного влияния выпуска сточных вод на водопользование населения.

Сброс сточных вод в водные объекты в черте населенного пункта через существующие выпуски допускается лишь в исключительных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании и по согласованию с органами государственного санитарного контроля. Запрещается принятие в эксплуатацию объектов с недоделками, отступлениями от утвержденного проекта, не обеспечивающими соблюдение нормативного качества воды, а также без апробации, испытания и проверки работы всего установленного оборудования и механизмов.

Выпуск производственных сточных вод в городскую канализацию регламентируется следующими условиями:

· производственные сточные воды не должны нарушать работу коммунальных сетей и сооружений;

· в них не должно содержаться более 500 мг/л взвешенных и всплывающих веществ;

· они не должны содержать вещества, способные засорять трубы канализационных сетей или отлагаться на стенках труб;

· не должны оказывать разрушающее действие на материал труб и элементы сооружений канализации;

· не должны содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси в канализационных сетях и сооружениях;

· не должны содержать вредные вещества в концентрациях, препятствующих биологической очистке сточных вод или сбросу их в водоем;

· производственные сточные воды должны иметь температуру не выше 40 оС.

Условия выпуска производственных сточных вод в водные объекты регламентируются "Правилами охраны поверхностных вод ". Условия выпуска сточных вод в водоемы определяют «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения» (СПиН № 4630-88), утвержденные в 1988 года. В «Правилах» рассматриваются общие положения, нормативы качества воды для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, требования к охране вод при различных видах хозяйственной деятельности, к условиям отведения сточных вод в водные объекты, к размещению, проектированию, реконструкции предприятий, влияющих на состояние поверхностных вод. В «Правилах» приводятся гигиенические требования к составу и свойствам воды в пунктах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, а также ПДК и ОДУ для 1345 химических веществ и класс их опасности по четырем классам: чрезвычайно опасные, высокоопасные, опасные и умеренно опасные.

«Правила» устанавливают нормативы качества воды для водоемов по двум категориям водопользования, к первой относятся использование водного объекта в качестве источника централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Ко второй – использование водного объекта для культурно-бытовых целей населения, рекреации, спорта, а также водных объектов, расположенных в черте насаленных пунктов.

Для каждого из двух видов водопользования правилами установлены гигиенический требования к составу и свойствам водных объектов. В качестве показателей, определяющих качество воды в пунктах водопользования, приводятся:

Взвешенные вещества, содержание которых не должно увеличиваться больше, чем на 0,25 мг/л (I категория) и 0,75 мг/л (ІІ категория);

Плавающие примеси – не должны обнаруживаться плавающие пленки, пятна и скопления;

Запахи – вода не должна приобретать несвойственных ей запахов интенсивностью более 1 балла;

Окраска не должна обнаруживаться в столбике высотой 20 и 10 см для водоемов соответственно І и ІІ категории;

Температура в летнее время не должна повышаться более чем на 3 °С в результате спуска сточных вод;

Водородный показатель (pН) не должен выходить за пределы 6,5-8,5;

Минеральный состав не должен превышать по сухому остатку 1000 мг/л, в том числе хлоридов 350 мг/л, сульфатов 500 мг/л;

Растворенный кислород не должен быть менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 часов дня;

БПКп не должно превышать при 20 °С 3,0 мг О2/л (I категория) и 6,0 мг О2/л (ІІ категория);

ХПК не должно превышать 15 мг мг О2/л (I категория) и 30,0 мг О2/л (ІІ категория).

В воде также не должны содержаться возбудители заболеваний и химические вещества в концентрациях, превышающих ПДК или ОДУ.

Запрещается сбрасывать в водные объекты вещества, для которых не установлены ПДК или ОДУ, а также вещества, для которых отсутствуют методы аналитического контроля, неочищенные или недостаточно очищенные производственные, хозяйственно-бытовые стоки и поверхностный сток с территории промплощадок и населенных мест. Запрещается сброс сточных вод, содержащих радионуклиды, концентрированные кубовые остатки, осадки, пульпы, нефте-продукты, запрещается молевой сплав леса. Сброс сточных вод в водные объекты в черте населенных пунктов запрещается.

Сточные воды и их краткая характеристика

Сточные воды – это пресные воды, изменившие после использования в бытовой и производственной деятельности человека свои физико-химические свойства и требующие отведения.

По происхождению сточные воды могут быть классифицированы на следующие: бытовые, производственные и атмосферные.

Бытовые сточные воды образуются в жилых, административных и коммунальных зданиях, а также в бытовых помещениях промышленных предприятий. Это сточные воды, которые поступают в водоотводящую сеть от санитарных приборов. Особенности образования этих сточных вод хорошо известны. стоки душевых, прачечных, бань, столовых, туалетов и т.д. Их количество в среднем составляет 0,5-2 л/с с 1 га жилой застройки.

Производственные сточные воды - жидкие отходы, которые возникают при добыче и переработке сырья.образуются в процессе производства различных товаров, изделий, продуктов, материалов и пр. к ним относятся отработавшие технологические растворы, маточники, кубовые остатки, технологические и промывные воды, воды барометрических конденсаторов; шахтные и карьерные воды; воды химводоочистки, воды от мытья оборудования и производственных помещений, а также от очистки и охлаждения газообразных отходов, очистки твердых отходов и их транспортировки. Производственные сточные воды различных отраслей промышленности существенно отличаются как по составу загрязняющих веществ, так и по их концентрации

Атмосферные сточные воды образуются в процессе выпадения дождей и таяния снега, как на жилой территории населенных пунктов, так и территории промышленных предприятий, АЗС и др. Часто эти воды называют дождевыми или ливневыми, вследствие того, что в большинстве случаев максимальные расходы образуются в результате выпадения ливней (дождей). Их сток неравномерен: 1 раз в год - 100-150 л/с с 1 га; 1 раз в 10 лет - 200-300 л/с с 1 га. Особенно опасны ливневые стоки на промышленных предприятиях. Из-за их неравномерности затруднены их сбор и очистка. В дождевых водах содержится значительное количество нерастворенных минеральных примесей, а также загрязнения органического происхождения.

Основными характеристиками сточных вод являются: количество сточных вод, характеризуемое расходом, измеряемые в л/с или м3/с, м3/ч, м3/смену, м3/сут и т.д.; виды загрязнений и содержание их в сточных водах, характеризуемое концентрацией загрязнений, измеряемой в мг/л или г/м3. Важной характеристикой сточных вод являются степень равномерности их образования и поступления в водоотводящие системы. Обычно она определяется неравномерностью поступления сточных вод по часам суток в году.

Достаточно широко используется понятие "городские сточные воды". Под ним понимается смесь бытовых и производственных сточных вод. В реальных условиях в чистом виде бытовых вод не бывает. В сточных водах, поступающих от городов, всегда содержатся компоненты загрязнений, характерные для производственных сточных вод. При решении задач отвода и очистки городских сточных вод это необходимо учитывать.

Производственные загрязненные сточные воды, содержащие жиры, образуются от мясожировых и мясоперерабатывающих цехов. Для очистки этих стоков необходимо устройство жироловок, после чего их можно направлять в общий сток предприятия. Минимальный безрасчетный диаметр дворовой канализационной сети производственных жирных вод следует принимать 200 мм.

Сточные воды санитарной бойни, карантина и изолятора перед сбросом в сеть общего стока должны подвергаться дезинфекции хлором или хлорной известью. Сточные воды предубойного содержания скота направляются в навозоуловители, а потом в сеть общего стока. На выпусках сточных вод из гаражей, где имеются мойки, необходимо устройство грязеотстойников и бензомаслоуловителей.

Из сети общего стока сточная вода предприятия направляется в городскую канализацию или на местные очистные канализационные сооружения. В соответствии с делением сточных вод на загрязненные и незагрязненные проектируются следующие три сети: незагрязненные воды, производственные жирные воды, хозяйственно-фекальные и производственные грязные, не содержащие жиров.

При самостоятельных сооружениях биологической очистки сточных вод незагрязненные воды объединяются с грязными для снижения степени загрязнения последних, и сеть незагрязненных вод исключается. Такое объединение стоков допускается и при выпуске их з систему городской канализации. При всех условиях выпуска сточных вод на территории мясокомбината должны быть предусмотрены следующие местные очистные сооружения:

Решетки, песколовки и жироловки для производственных жирных вод;

Навозоуловители с решетками для стоков из помещений содержания скота и лошадей;

Навозоуловитель и дезинфектор для стоков из помещений карантина, изоляторов и санитарной бойни;

Отстойник для зольных вод желатинового цеха.

Сточные воды, особенно богатые жирами (из цехов пищевых жиров, из варочного отделения колбасного и консервного цехов, из чанов для вымачивания жиросодер-жащего сырья и продуктов и др.), перед выпуском в общую жироловку предварительно обрабатываются в местных цеховых жироловках. Время пребывания сточных вод в общей жироловке принимается равным 0,25 ч.

В навозоуловителе из промывных вод задерживается 5% от общего количества навоза. Навозоуловитель рассчитывается на 5-минутное пребывание сточных вод в проточной части, а объем грязевой части навозоуловителя проектируется на 1--2 суток (улавливаемого навоза).

Отстойник-дезинфектор следует проектировать контактного типа. Перед контактным дезинфектором обязательна установка навозоуловителя. Доза хлора для дезинфекции должна приниматься не менее 100 мг/л, продолжительность контакта -- 2ч.

При устройстве самостоятельной очистки сточных вод применяется биологическая очистка в естественных или искусственных условиях. Для малых мясокомбинатов с количеством сточных вод до 500 м3 в сутки при биологической очистке в искусственно созданных условиях применяются капельные биофильтры или контактные биофильтры автоматического действия. При этом используют очищенную сточную воду для разбавления (рециркуляции) неочищенных стоков с доведением их БПК до 400 мг/л. Для мясокомбинатов с расходом сточных вод от 500 до 1000 м3 в сутки применяются биофильтры любой конструкции (капельные двухступенчатые, аэрофильтры и башенные). В качестве первичных отстойников независимо от количества сточных вод следует применять осветлители-перегниватели с естественной или искусственной аэрацией.

Сточные воды могут быть классифицированы по следующим признакам:

По источ
и т.д.................

Введение

Основными источниками загрязнения водоемов являются хозяйственно-бытовые, промышленные и сельскохозяйственные стоки. Хозяйственно-бытовые и сельскохозяйственные стоки содержат большое количество всевозможных органических веществ, детергентов, пестицидов, минеральных удобрений и продуктов их распада, тогда как промышленные – огромный набор разнообразных химических соединений, большинство которых являются токсичными.

Загрязненность многих водоемов РФ превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) в среднем по нефтепродуктам на 47-63%, фенолам на 45-68%, легкоокисляемым органическим веществом (БПК 5) на 20-23%, аммиачному азоту на 24% и т.д. .

Загрязнения водоемов подразделяют на аллохтонное – вносимое извне, и автохтонное – собственное загрязнение. Автохтонное загрязнение происходит в результате жизнедеятельности водных организмов, в том числе и прибрежно-водной растительности. После отмирания в среду поступают их метаболиты, биогенные вещества и продукты распада. Аллохтонные загрязнения – это все то, что приносят в водоемы сточные воды, поверхностные стоки, дождевые и воздушные массы.

Особой формой загрязнения является эвтрофирование водоемов, то есть обогащение их биогенными веществами, что приводит к интенсивному развитию водорослей и прибрежных растений. Это чаще всего происходит за счет поступления в водоемы бытовых и сельскохозяйственных стоков. Способность водной растительности к накоплению и использованию этих веществ (прежде всего фосфора и азота) делает их активными участниками процесса самоочищения природных вод.

Загрязнение водоемов приводит к изменению структуры сообществ, их видового и количественного состава. Интенсивные загрязнения сельскохозяйственными и бытовыми стоками приводят к зарастанию и заболачиванию водоемов, а промышленными – к нарушению и полной деградации биоценозов.

Факторы самоочищения

Водоемы обладают уникальным свойством – способностью к самоочищению. Под самоочищением понимается комплекс воздействия химических, физических и биологических факторов на экосистему водоема, в результате деятельности которых качество воды приходит к первоначальному (или близкому к нему) состоянию. Биологическое самоочищение водоемов осуществляется за счет жизнедеятельности растений, животных, грибов, бактерий и тесно связано с физико-химическими процессами.

Самоочищение водоемов осуществляется в анаэробных и аэробных условиях. Анаэробно протекают процессы разрушения органических веществ с преимущественным участием бактерий, грибов и простейших. В этом случае в процессе распада органического материала в среде накапливают промежуточные продукты (аммиак, сероводород, низкомолекулярные жирные кислоты и др.), которые при наличии кислорода окисляются далее.

В аэробных условиях разрушение органического субстрата осуществляется в присутствии кислорода до простых соединений, которые в дальнейшем вовлекаются в биотический круговорот. В этом процессе принимают участие практически все население водоемов. Большую роль в процессах самоочищения загрязненных вод играют прибрежно-водные растения.

Прибрежно-водная растительность, выделяя при фотосинтезе кислород, оказывает благотворное влияние на кислородный режим прибрежной зоны водоема. Обитающие на поверхности растений бактерии и водоросли (перифитон) выполняют активную роль в очистке воды. В зарослях прибрежно-водных растений развивается фитофильная фауна, которая также принимает участие в самоочищении воды и донных отложений; организмы бентоса утилизируют органическое вещество илов и обитающих там бактерий. Под влиянием всех этих процессов в воде повышается содержание растворенного кислорода, возрастает ее прозрачность и содержание биогенных веществ, снижается минерализация воды и количество промежуточных продуктов распада органического вещества.

В последние годы макрофиты стали успешно использоваться в практике очистки вод от биогенных элементов, фенолов, ароматических углеводородов, микроэлементов, нефти и нефтепродуктов, тяжелых металлов, различных минеральных солей из сточных и природных вод, в обеззараживании животноводческих стоков от разных форм патогенных микроорганизмов.

Роль прибрежно-водных растений в самоочищении водоемов в общем виде можно свести к следующему:

1. Механическая очистительная функция, когда в зарослях растений задерживаются взвешенные и слаборастворимые органические вещества;

2. Минерализация и окислительная функция;

3. Детоксикация органических загрязнителей.

Механическая очистительная функция. Вместе с поверхностными стоками в водоемы поступает большое количество взвешенных и слаборастворимых органических и минеральных веществ. Прибрежно-водная растительность вместе с животными - фильтраторами (моллюсками, зоопланктоном) выполняет роль механического фильтра. Роль животных-фильтраторов в этом процессе достаточно велика.

Двустворчатые моллюски - постоянные обитатели водоемов - являются санитарами рек. Пропуская через себя воду, они отфильтровывают взвешенные частицы. Мельчайшие животные и растения, а также органические остатки поступают в пищеварительную систему, несъедобные вещества оседают на слое слизи, покрывающем поверхность мантии двустворчатых. Слизь по мере загрязнения перемещается к концу раковины и выбрасывается в воду. Комочки ее представляют собой комплексный концентрат для питания микроорганизмов. Они и завершают цепь биологической очистки вод.

Эффективность действия фильтрующего барьера определяется густотой фитоценоза (то есть, количеством побегов на единицу площади), наличием у растений водных корней и степени их развития, формой и величиной листьев и общей поверхностью растений. Это приводит к уменьшению скорости течения в зоне зарослей и оседанию взвешенных частиц.

Оседанию взвеси способствует слизь на поверхности растений. Исследования показали, чем больше поверхность растений и их ослизненность, тем эффективнее осуществляется очистка воды от взвешенных частиц. Растения способны утилизировать и включать в свой метаболизм некоторое количество осевших на их поверхности органических и минеральных взвесей, в том числе и токсических соединений.

Большое значение имеет наличие у некоторых растений водных корней. Общая поверхность этих корней в зависимости от числа побегов может в 10-15 раз превышать площадь, занимаемую растениями. Роль водных корней в очистке воды от растворенных и взвешенных частиц чрезвычайно велика. Так, в лабораторных экспериментах заросли тростника и рогоза задерживали водными корнями до 90% взвешенных веществ, содержащихся в животноводческих стоках.

На растениях хорошо задерживаются не только взвешенные частицы, но и органические эмульсии, жировые и нефтяные пленки. Они вместе с минеральными частицами и органическими суспензиями образуют более крупные агрегаты, которые в дальнейшем разрушаются уже донными организмами. К примеру, разложение нефти в присутствии растений протекает в 3-5 раз интенсивнее, чем без них Нефтеокисляющая микрофлора, как показали исследования последних лет, присутствует практически во всех природных водоемах. В летнее время при снижении уровня воды в реках и водохранилищах часть прибрежной растительности оказывается на суше. Поверхностные стоки, попав в такие заросли макрофитов, частично задерживаются ими, частично просачиваются в почву, и продвигаются дальше к реке подземным стоком. При этом практически все взвешенные и многие растворенные загрязняющие вещества задерживаются почвой и корнями прибрежных растений. Корнями растений, в первую очередь поглощаются органические вещества и биогенные соединения (азот, фосфор, калий и др.).

В зарослях имеет место и переработка осевшей на растениях взвеси. Органические и минеральные компоненты используются в процессе метаболизма самих растений и их обрастателей.

Под влиянием фитофильтрации увеличивается прозрачность воды, снижается ее минерализация. Основная роль в этом процессе принадлежит прибрежным (тростнику, рогозу, камышу, маннику и др.) и погруженным растениям (рдестам, элодее, роголистнику, урути и др.).

Высшая водная растительность оказывает благоприятное влияние на кислородный режим водоема. В фотосинтетической аэрации водоемов макрофиты играют не меньшую роль, чем фитопланктон. Содержание кислорода в воде под влиянием растений, особенно погруженных, увеличивается, в результате чего происходит быстрое окисление органического вещества, ускоряется процесс нитрификации, усиливается потребление фотосинтетиками свободной углекислоты.

Минерализация сложных органических соединений происходит в присутствии кислорода. При сильном загрязнении запасы растворенного кислорода быстро расходуются, отчего самоочищение воды замедляется. Прибрежно-водные растения оказывают благотворное влияние на кислородный режим водоема и тем самым ускоряют процесс самоочищения. Некоторые исследователи считают, что чем богаче водоем растениями, тем выше его минерализующая способность. Это происходит не только за счет выделенного растениями кислорода, но и за счет того, что макрофиты своим присутствием создают благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий, перифитона, обитателей толщи и дна водоема.

Крупные макрофиты (такие как тростник, рогоз, рдесты, роголистник и др.), затеняя поверхность воды и поглощая биогеннные и другие минеральные соединения, являются мощным антагонистом синезеленых и иных водорослей, подавляют их развитие и этим они устраняют вредное для гидробионтов «цветение» водоемов.

В процессе метаболизма высшие водные растения выделяют в среду физиологически активные вещества, типа фитонцидов и антибиотиков. Это приводит к снижению численности патогенной микрофлоры. Показано, что в зарослях макрофитов коли-титр бывает значительно ниже, чем в открытых участках водоема. Кроме того, растения выделяют в среду различные метаболиты, органические кислоты, полифенолы, которые оказывают благоприятное воздействие на жизнедеятельность гетеротрофных бактерий и других организмов. Стебли растений представляют собой огромную поверхность для развития различных микроорганизмов, которые выполняют активную роль в деструкции органического вещества и очистке воды.

Каким же требованиям должны удовлетворять прибрежно-водные растения? Они должны быть максимально устойчивы к сильно загрязненным стокам, иметь мощную корневую систему, способную поглощать и перерабатывать многие загрязнения, хорошо расти в загрязненных водоемах, образовывать высокорослые и густые заросли, продуцировать большую биомассу, способную аккумулировать многие минеральные и токсичные вещества, легко возобновляться при скашивании.

Многие специалисты считают, что именно прибрежно-водная растительность является основным фактором формирования и регулирования качества воды природных водоемов, поскольку растения в больших количествах поглощают не только биогенные, балластные, но и токсичные вещества минерального и органического происхождения. К тому же воздушно-водные растения способны расти и развиваться при недостатке и даже при полном отсутствии кислорода в илах благодаря аэренхимному строению корней и других органов.

Кроме того, водная растительность, прежде всего высокорослая, оказывает механическое и физико-химическое воздействие на водную среду, в которой она развивается.

Аккумуляция растениями химических элементов. Растения способны извлекать из воды многие жизненно важные для них элементы и органические соединения и этим снижают степень эвтрофирования водоемов. Так, полупогруженные тростник, рогоз, камыш, ежеголовник, аир в больших количествах извлекают из воды азот, фосфор, кальций, калий, серу, железо, кремний. Для азота и фосфора обнаружена четкая корреляция между их содержанием в воде и в растениях. Растения накапливают в сотни и тысячи раз больше биогенных веществ по сравнению с их содержанием в окружающей среде.

Биогенные вещества, прежде всего, накапливаются в листьях и генеративных органах. Наиболее высока их концентрация в побегах ранней весной (за счет перемещения из корневой системы). По мере роста биомассы концентрация постепенно снижается, а к концу вегетации (начиная с августа) происходит отток элементов минерального питания в подземные запасающие органы растений. Однако значительная часть элементов все же остается в отмерших остатках растений и при их разложении снова возвращается в водоем, вторично загрязняя его.

Растения, имеющие развитую корневую систему, большей частью черпают запасы биогенов из донных отложений, так как грунты всегда имеют значительно большую концентрацию питательных веществ, чем вода. Однако содержание биогенных веществ даже в донных отложениях в несколько раз ниже их содержания в органах растений. В целом погруженные растения являются резервуаром-накопителем биогенных веществ, изымая их из воды на длительный срок.

Ряд микроэлементов, присутствующих в водоемах в малых концентрациях, играют положительную роль в жизни растений (влияют на их рост, дыхание, обмен, питание, размножение и др.). При увеличении концентрации этих веществ они становятся токсичными практически для всех гидробионтов.

Прибрежно-водные растения извлекают из воды и грунта не только необходимые им биогенные элементы, но и соединения тяжелых металлов, синтетические поверхностно-активные вещества и многое другое. Поглощение растениями минеральных веществ характеризуется видовой специфичностью и может достигать довольно существенных величин.

Способность высших водных растений накапливать вещества в концентрациях, превышающих фоновые значения, обусловила их использование в системе мониторинга и контроля за состоянием окружающей среды

Обобщенно можно утверждать, что растения одного вида накапливают в тканях тем больше химических элементов, чем больше их содержится в воде в доступном для растений виде. Кроме того, высшим водным растениям свойственна избирательность в накоплении не только макро-, но и микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов.

Исследования показали, что наибольшая аккумулирующая способность техногенных элементов отмечена у погруженных растений. Погруженные растения накапливают тяжелые металлы в 10 раз интенсивнее, чем прибрежно-водные.

В то же время прибрежно-водные растения обладают достаточно высокой устойчивостью к солям тяжелых металлов. Так, тростник обыкновенный может существовать без видимого для себя вреда при концентрациях от 100 до 300 мг/л меди сернокислой, ртути азотнокислой, кобальта хлористого, железа сернокислого, хрома азотнокислого, цинка сернокислого.

В лабораторных экспериментах при фильтрации через заросли растений сточных вод животноводческого комплекса крупного рогатого скота количество различных минеральных солей уменьшалось на 37-57%, хлоридов – на 56%, сульфатов – на 34%. В этих опытах лучшие результаты показали тростник, рогоз, ирис ложноаировый, камыш и другие макрофиты.

Так что, прибрежно-водная растительность может аккумулировать из природных и сточных вод многие химические элементы и, тем самым, способствует снижению их концентрации в среде. Поэтому признается рациональным их культивирование в водоеме или в системе очистки загрязненных вод с последующим удалением. Удаление и дальнейшая переработка растений позволит утилизировать многие токсичные и радиоактивные соединения.

Минерализация и окислительная функция. Деструкция и минерализация сложных органических соединений до простых и безвредных происходит двумя путями: в результате физико-химических процессов и с участием растений.

В первом случае окисление происходит в присутствии растворенного в воде кислорода. Поэтому, чем выше его содержание, тем быстрее и лучше протекает процесс минерализации и самоочищения водоема. Однако при сильном загрязнении водоема запасы растворенного кислорода быстро расходуются, а пополнение его за счет газообмена с атмосферой протекает медленно, отчего самоочищение замедляется.

Во втором случае минерализация протекает с участием растений: либо в процессе метаболизма, либо в водной среде, но опять-таки с участием кислорода, выделяемого растениями. Этот процесс в жизни водоема имеет ведущее значение, ибо интенсивность биохимических реакций в живом организме выше интенсивности чисто химических реакций, свободно протекающих в водоемах.

Минерализующая способность водоема прямо пропорциональна интенсивности развития в нем прибрежно-водной растительности.

Детоксикация органических загрязнений. В городских и промышленных стоках, даже прошедших полную биохимическую очистку, в водоемы поступает значительное количество опасных загрязнений (фенолы, пестициды, ядохимикаты и др.).

Установлено, что тростник, рогоз, камыш, ирис и другие макрофиты способны поглощать из воды не только инертные соединения, но и физиологически активные вещества типа фенолов, пестицидов, нефтей, нефтепродуктов и др., если, конечно, они не превышают летальные для растений концентраций.

Некоторые токсичные соединения не только поглощаются растениями, но и включаются в метаболизм, что имеет большое значение для их детоксикации. Так, некоторая часть потребленного растениями фенола выделяется в атмосферу через устьица

Фенолы и их производные удаляют из загрязненных вод с помощью водных растений, прежде всего погруженных. Исследования показали, что в течение суток одно растение камыша озерного весом около 100 г способно извлечь из воды до 4 г фенола.

В водоемы в значительных количествах поступают различные ядохимикаты, в частности хлорорганические соединения. Эти вещества также накапливаются водными растениями. Изучение влияния некоторых пестицидов на жизнедеятельность разных видов тростника, рогоза, рдеста, ряски, урути, роголистника и др. показало, что растения способны поглощать и накапливать эти ядовитые соединения. В экспериментальных условиях уруть в течение 3-7 дней удаляла из водоема до 50% дифенамида, а водный гиацинт – до 80%; эти растения разлагают этот гербицид на менее устойчивые соединения, которые в дальнейшем потребляются микроорганизмами.

Ценность водных растений заключается в том, что они могут не только концентрировать ядохимикаты, но и способны разлагать высокотоксичные соединения на менее токсичные, и, в конечном счете, обезвреживать их.

Деструкция нефтяных загрязнений. В России по разным оценкам в результате аварий и утечек ежегодно теряется от 10 до 20 млн. тонн нефти.

Заросшие прибрежно-водной растительностью водоемы достаточно легко справляются с поступающими в них нефтяными загрязнениями. Причем, чем выше степень зарастания, тем интенсивнее протекают процессы самоочищения водоемов. В зарослях макрофитов нефть подвергается с помощью микроорганизмов биологическому окислению и вовлекается в обменные процессы, причем не только бактерий, но и других гидробионтов, в том числе и растений. Наиболее устойчивыми к нефтяному загрязнению являются тростник, рогоз, камыш, элодея и другая прибрежно-водная растительность. В присутствии нефти (конечно, в небольших концентрациях) рост тростника, рогоза и камыша протекает более интенсивно (в среднем на 10-15 см), чем в опытах без нефти.

Различные виды нефти (сырая, товарная, эмульгированная, а также нефтепродукты) при концентрации 1 г/л в присутствии растений исчезают через 5-10 дней, а без растений – на 28-32-й день опыта. Так что высшие водные растения ускоряют бактериальное разложение нефти и нефтепродуктов в 3-5 раз.

Разрушение нефти и нефтепродуктов осуществляется в основном за счет жизнедеятельности нефтеокисляющих и сапрофитных бактерий. Процесс разрушения нефти происходит сразу же после ее поступления в водоем; количество микроорганизмов резко увеличивается, достигая своего максимума на 3-4 день. Микробиологические процессы приводят к разрушению нефтяной пленки и нефти в толще воды, уменьшению концентрации в воде кислорода и, наоборот, – к увеличению содержания углекислоты. По мере уменьшения количества нефти численность бактерий постепенно снижается.

Роль прибрежно-водных растений в самоочищении воды от нефти достаточно велика: прежде всего, фотосинтетическая аэрация поддерживает в среде достаточное количество кислорода, выделения экзометаболитов стимулируют развитие нефтеокисляющих бактерий, развитая поверхность растений увеличивает зону контакта между нефтью и бактериями. Так, содержание кислорода в зоне зарослей в 2-3 раза выше, чем открытой части водоема; наибольшее насыщение воды кислородом отмечается в дневные часы во время интенсивных фотосинтетических процессов.

В процессе разрушения нефти часть окисленных соединений включается в метаболизм бактерий и растений, а оставшаяся – перерабатывается с образованием нетоксичных и малотоксичных соединений. Так что, разложение нефти – результат совместной деятельности гетеротрофных микроорганизмов и прибрежно-водных растений. Первые выступают, как основные деструкторы и минерализаторы загрязняющих веществ, а вторые – как индукторы, поглотители и потребители окисленных соединений