Самоочищення природних вод
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.
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 СО2 и Н2О) 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.