Материал: Л12 Экология гидросферы

газа в атмосфере, тем больше насыщается кислородом толща воды. И наоборот, чем больше температура воды и соленость, тем меньше концентрация растворенного газа в воде.

b)Сорбция – поглощение примесей взвешенными веществами, донными отложениями и поверхностями тел гидробионтов (водных организмов). Наиболее энергично сорбируются коллоидные частицы и органические вещества, находящиеся в недиссоциированном молекулярном состоянии. В основе процесса лежит явление адсорбции (процесс поглощения порами твердого тела молекул другого вещества, в данном случае загрязнителя). Скорость накопления вещества в единице массы сорбента пропорциональна его ненасыщенности по данному веществу и концентрации вещества в воде и обратно пропорциональна содержанию вещества в сорбенте. Примерами нормируемых веществ, подверженных сорбции, являются тяжелые металлы, нефть и н/п, СПАВ.

c)Течение, перемешивание водных масс, а также пополнение объемов воды свежими притоками, атмосферными осадками и подземными водами способствует разбавлению и снижению концентрации загрязняющих веществ.

d)Осаждение и взмучивание. Водные объекты всегда содержат некоторое количество взвешенных веществ неорганического и органического происхождения. Осаждение характеризуется способностью взвешенных частиц выпадать на дно под действием силы тяжести. Процесс перехода частиц из донных отложений во взвешенное состояние называется взмучиванием. Он происходит под действием вертикальной составляющей скорости турбулентного потока.

e)Температура и давление (см. пункт а)

16

f)УФ излучение губительно действует на болезнетворные микроорганизмы. 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. Также УФ участвует в процессах фотосинтеза, способствующего самоочищению водоемов.

2. Химические факторы самоочищения

a)Фотолиз – превращение молекул вещества под действием поглощаемого ими света. Частными случаями фотолиза являются фотохимическая диссоциация – распад частиц на несколько более простых, фотоокисление – окисление загрязняющих веществ и продуктов жизнедеятельности гидробионтов под действием солнечного света при участии кислорода в качестве окислителя, и фотоионизация – превращение молекул в ионы. Из общего количества солнечной радиации порядка 1% используется в фотосинтезе, от 5 % до 30 % отражается водной поверхностью. Основная же часть солнечной энергии преобразуется в тепло и участвует в фотохимических реакциях. Наиболее действенной частью солнечного света является ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовое излучение поглощается в слое воды толщиной порядка 10 см, однако благодаря турбулентному перемешиванию может проникать и в более глубокие слои водных объектов. Количество вещества, подвергшегося действию фотолиза, зависит от вида вещества и его концентрации в воде. Из веществ, поступающих в водные объекты, относительно быстрому фотохимическому разложению поддаются гумусные вещества.

17

b) Гидролиз – реакция ионного обмена между различными веществами и водой. Гидролиз является одним из ведущих факторов химического превращения веществ в водных объектах. Количественной характеристикой этого процесса является

концентрации соли. Для большинства солей она составляет несколько процентов и повышается с увеличением разбавления и температуры воды. Гидролизу подвержены и органические вещества. При этом гидролитическое расщепление чаще всего происходит по связи атома углерода с другими атомами.

3. Биохимическое самоочищение Биохимическое самоочищение является следствием трансформации

веществ, осуществляемой гидробионтами. Как правило, биохимические механизмы вносят основной вклад в процесс самоочищения и только при угнетении водных организмов (например, под действием токсикантов) более существенную роль начинают играть физико-химические процессы. Биохимическая трансформация веществ происходит в результате их включения в трофические сети и осуществляется в ходе процессов продукции и деструкции.

Особенно важную роль играет первичная продукция, так как она определяет большинство внутриводоемных процессов. Основным механизмом новообразования органического вещества является фотосинтез. В большинстве водных экосистем ключевым первичным продуцентом является фитопланктон. В процессе фотосинтеза энергия Солнца непосредственно трансформируется в биомассу. Побочным продуктом этой реакции является свободный кислород, образованный за счет фотолиза воды. Наряду с фотосинтезом в растениях идут процессы дыхания с затратой кислорода.

18

Не менее важную роль играют микроорганизмы (редуценты), разлагающие загрязнения в процессе своего питания и дыхания с участием все того же растворенного в воде кислорода до безопасных простых неорганических молекул, т.е. занимающиеся гетеротрофной деструкцией или минерализацией. Кстати, принцип их работы широко используется при водоподготовке питьевой воды и при очистке сточных вод, и носит название

биологическая очистка (см. отдельные файлы по биоочистке СВ). Автотрофная продукция и гетеротрофная деструкция – две важнейшие

стороны преобразования вещества и энергии в водных экосистемах. Характер и интенсивность продукционно-деструкционных процессов и, следовательно, механизм биохимического самоочищения определяются структурой конкретной экосистемы.

Практически все биоразнообразие гидробионтов – от микроорганизмов, фитопланктона и высших растений до рыб – являются важными элементами и участниками процессов самоочищения воды.

Нормирование сброса сточных вод

(Эта тема, а также нормирование ЗВ в гидросфере освещена в отдельной презентации - семинаре!)

Несмотря на самоочищающую способность водоемов, любую использованную воду необходимо подвергать последовательности процессов очистки непосредственно перед сбросом в водоем.

Борьба с загрязнениями воды - это восстановление ее качеств, которые были утрачены при использовании потребителями. После этой очистки воду можно снова сбросить в водоем. Как правило, концентрация загрязняющих веществ в сточных водах больше, чем в водоёмах. Поэтому вводят коэффициент разбавления - n.

Коэффициент разбавления – коэффициент, показывающий во сколько раз нужно разбавить сточную воду, чтобы не превысить ПДК. Расчет

допустимого состава сточных вод определяют по формуле:

19

Ссi £ Свi + nПДКi,

где Ссi - концентрация i-го загрязняющего вещества в сточных водах (до сброса); Свi - концентрация i-го загрязняющего вещества в водоеме (фоновая концентрация); n – кратность разбавления (коэффициент разбавления, показывающий во сколько раз нужно разбавить сточную воду, чтобы не превысить ПДК. Ссi - должна быть меньше ПДСi - предельно допустимого сброса - массы вещества в сточных водах, максимально допустимой к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.

Интенсивность процесса разбавления количественно характеризуется кратностью разбавления:

n= Св - Сс

Св - С

где С - концентрация загрязняющих веществ в водоеме после выпуска сточных вод.

Основные показатели качества воды

В зависимости от назначения потребляемая вода условно подразделяется на промышленную и питьевую; в них содержание примесей регламентируется соответствующими стандартами. Качество воды определяется физическим, химическим и бактериологическим анализом.

Важнейшими показателями качества воды, помимо рассмотренных выше солености, жесткости, минерализации, pH и коли-индекса, являются такие ее физические и химические характеристики, как запах, вкус, прозрачность, цвет (органолептические показатели), содержание взвешенных частиц, сухой остаток, общая щелочность и ее составляющие, окисляемость (БПК, ХПК и ТПК), а также содержание различных примесей.

20