Какие процессы приводят к самоочищению воды. Реферат самоочищение воды. Ремонт декоративных водоемов

Интереснейшими явлениями природы являются способность водоемов к самоочищению и установление в них так называемого биологического равновесия. Оно обеспечивается совокупной деятельностью населяющих их организмов: бактерий, водорослей и высших водных растений, различных беспозвоночных животных. Поэтому одна из важнейших природоохранительных 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 постоянно размножаются и отмирают. Если в водоем попадают бактерии или химические примеси, то в условиях девственной природы процесс самоочищения протекает быстро и вода восстанавливает свою первозданную чистоту. Факторы самоочищения водоемов многочисленны и многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические. Важным физическим фактором самоочищения водоемов является ультрафиолетовое 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. Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окисляемому органическому веществу (определяемому по биохимической потребности кислорода -- ВПК) или по общему содержанию органических веществ (определяемому по химическому потреблению кислорода -- ХПК.

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.

Самоочищающая способность реки зависит от многих природных факторов: объема речного стока, скорости потоков, химического состава воды, ее температуры и т. д. Учесть их все при прогнозировании оптимальных санитарных попусков очень трудно.

Действующие санитарные нормы требуют предельно минимального содержания загрязнений в очищенных сточных водах, сбрасываемых в водоемы. Однако во многих случаях глубокая очистка стоков в соответствии с этими нормами стоит значительно дороже, чем разбавление сточных вод, прошедших менее глубокую очистку, речной водой. Для интенсификации самоочищения рек возможно применение искусственной аэрации, которая очень эффективна, но пока еще не получила широкого распространения.

Процесс смешения и разбавления сточных вод в реках, озерах и водохранилищах. При определении степени смешения нельзя принимать в расчет весь расход реки, так как вблизи места выпуска достаточно полного смешения еще нет -- оно происходит на некотором расстоянии от места выпуска.

Для учета расхода реки, участвующего в смешении, т. е. процессов разбавления, вводят коэффициент смешения а, показывающий, какая часть расхода реки смешивается со сточной водой в данном створе.

Наиболее полная оценка физических процессов, происходящих в водоеме, может быть получена только гидравлическим моделированием.

Для создания наилучших условий разбавления при конструировании выпуска надлежит учитывать следующие положения:

а) расположение выпуска должно быть в области устойчивых течений; не рекомендуется устраивать выпускное сооружение в небольших заливах, затонах и районах устойчивых циркуляционных течений;
б) для создания наилучших условий подхода окружающей жидкости к выходящим из оголовков струям выпускные отверстия должны быть расположены над дном водоема на высоте не менее 1 м;
в) направление выпуска сточных вод в плане должно соответствовать направлению наиболее устойчивых течений;
г) ось выходящей из выпуска струи должна направляться под углом к горизонту, определяемым расчетом в зависимости от относительной глубины

Порядок расчета разбавления при выпуске сточных вод в озера и водохранилища следующий:

а)исходя из расчетного расхода сточных вод, устанавливают площадь сечения сосредоточенного выпуска или суммарную площадь отверстий рассеивающего выпуска; выбор скорости истечения производится, как указано выше;
б) устанавливают диаметры выпускных отверстий;
в)для рассеивающего выпуска определяют расстояние между оголовками;
г)последовательно рассчитывают параметры: р по формуле
д)находят разбавление по формуле

Эффект смешения значительно повышается при использовании специальных рассеивающих выпусков и предварительном разбавлении сточных вод речной водой путем ее подачи из реки или из водохранилища насосами в береговую камеру выпуска.

Потребление и растворение кислорода в воде водоема. Для того чтобы процесс самоочищения протекал нормально, необходимо обеспечить определенные условия, основным из которых является наличие в водоеме после спуска в него сточных вод запаса растворенного кислорода.

В водоеме одновременно происходит, с одной стороны, потребление кислорода на минерализацию органических веществ, а с другой -- пополнение его за счет растворения кислорода, поступающего с поверхности водного зеркала, т. е. так называемая реаэрация.

Кислородный режим реки зависит от температуры. При повышении температуры воды скорость потребления кислорода возрастает, а так как скорость реаэрации при этом почти не изменяется, то летом минимум содержания кислорода наступает быстрее и содержание кислорода в реке будет меньше. Принимая к тому же во внимание, что растворимость кислорода в воде летом уменьшается, следует признать летние условия в отношении содержания кислорода в реке менее благоприятными, чем зимние (при отсутствии ледяного покрова).

Ледяной покров в зимнее время почти приостанавливает реаэрацию, и содержание растворенного кислорода может очень сильно уменьшиться. Наблюдались даже случаи гибели рыбы от недостатка кислорода. В этот период насыщение воды кислородом должно осуществляться аэрацией. Поверхность водохранилища в зоне аэрации остается свободной от льда, вода получает необходимое количество кислорода и качество ее улучшается.

В водохранилищах циркуляция воды в верхних слоях поддерживается благодаря действию ветра, что приводит к полному насыщению воды кислородом. Это, в свою очередь, создает нормальные условия для развития планктона, служащего пищей для рыб. Однако ниже определенного уровня перемешивающее действие ветра перестает сказываться и плотность воды быстро повышается. Вода из придонных слоев выше этого уровня подняться не может, в ней происходит накопление остатков растительных и животных организмов, опускающихся из верхних слоев и разлагающихся с образованием сероводородных соединений Следствием этого являются обескислороживание воды и значительное ухудшение ее качества.

Одной из мер, позволяющих уменьшить дефицит кислорода в застойных зонах водохранилищ, является искусственная их аэрация. Ее применение стимулирует развитие планктона и увеличивает рыбные запасы водохранилищ.

Бактериальное загрязнение водоемов. Наличие бактериальных загрязнений в бытовых сточных водах может быть причиной инфекционных заболеваний, возбудители которых могут распространяться через воду (холера, тиф, бактериальная дизентерия и др.). По общим требованиям к составу воды водоемов у пунктов санитарно-бытового водопользования вода не должна содержать возбудителей заболеваний.

В качестве показателя самоочищения водоемов чрезвычайно важное значение имеет снижение числа бактерий. Закономерность процесса самоочищения от бактериальных загрязнений еще не установлена полностью. Нередко в водоеме ниже выпуска сточных вод бактериальное загрязнение сначала возрастает, а затем начинается отмирание бактерий в процессе самоочищения воды. При этом максимум бактериального загрязнения может наступить значительно ниже места практически полного смешения. По данным С. Н. Строганова, такое явление наблюдалось во всех обследованных проточных водоемах.

До настоящего времени обнаружено отмирание в воде только водных сапрофитов и кишечной палочки. В какой связи с этими явлениями находится патогенная микрофлора, не выяснено, причем не отрицается возможность при определенных условиях размножения в воде возбудителей кишечных заболеваний. Многие патогенные микробы, в том числе микробы брюшного тифа и холеры, сохраняют жизнеспособность в воде довольно долго.

Для летне-осеннего периода С. Н. Строганов приводит следующие схематизированные данные о ходе процесса бактериального самоочищения. Через 24 ч остается не более 50% бактерий от максимального их числа, через 48 ч--10-- 25%, через 72 ч -- 10%, через 96 ч-- 0-5%.

Открытые водоемы почти непрерывно подвергаются разнообразным загрязнениям. Однако в крупных водоемах (реки, озера и др.) резкого ухудшения качества воды не наблюдается. Это объясняется тем, что вода в них под влиянием различных физико-химических и биологических процессов обладает способностью самоочищаться от взвешенных частиц, органических веществ, микроорганизмов и других загрязнений.

Процесс самоочищения 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 (минерализация).

При поступлении сточных вод в водоем происходит смешивание стоков с водой водоема, и концентрация загрязнений снижается. 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 др. факторов. Процессы самоочищения воды протекают более интенсивно в теплое время года, а также в проточных водоемах - реках. Существенное значение в процессах самоочищения воды имеют так называемые сапрофитная микрофлора и водные организмы. Некоторые представители микрофлоры водоемов обладают антагонистическими свойствами к патогенным микроорганизмам, что приводит к гибели этих микробов.

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, то есть происходит образование минеральных веществ из органических под воздействием биологических, химических и др. факторов. При минерализации наблюдается в целом обеднение воды органическими веществами, наряду с этим и органическое вещество также сможет окисляться - часть бактерий гибнет; кроме того, минеральные вещества могут выпадать в осадок или находиться в истинных растворах, а органические вещества в воде растворены в коллоидном состоянии, то есть придают воде мутность.

Процесс минерализации (разложения, окисления) органических веществ в воде можно представить следующим образом (рис.4): белковые вещества расщепляются на более простые азотсодержащие вещества (альбумозы, пептоны и др.), а они еще на более простые (аминокислоты и др.) и остаются в виде различных остатков органических кислот и аммонийных соединений. Первым минеральным продуктом окисления азотсодержащих органических веществ является аммонийный ион или аммиак. Наличие последних в высоких концентрациях, при отсутствии нитритов и нитратов, указывает на свежесть загрязнения. Аммиак (азот аммония) как правило, при наличии окислителей переходит в нитриты, но эти соединения очень нестойки и при наличии кислорода окисляются до нитратов. Нитраты являются как бы конечным веществом при минерализации органических азотсодержащих продуктов.

Окисление жиров, клетчатки, углеводов в основном идет в воде с интенсивным образованием двуокиси углерода и воды.

Доказательством того, что азотсодержащие минеральные вещества являются веществами органического происхождения, служит высокая “окисляемость” воды, почти отсутствие растворенного кислорода, наличие хлоридов, сульфатов, фосфатов и др.

Хорошая аэрация воды - обогащение воды кислородом - обеспечивает активизацию окислительных, биологических и других процессов, способствует очищению воды.

Скорость самоочищения воды зависит от многих условий: количества загрязнений, поступивших в водоем; глубины его и скорости течения воды; температуры воды; наличия растворенного кислорода в воде; состава микрофауны, флоры и др. Однако следует помнить, что водоем обладает определенной способностью к самоочищению от загрязнений. Подобная способность водоемов не безгранична, наоборот она очень ограничена.

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

В небольших водоемах при незначительном количестве загрязнителей белкового характера в воде могут накапливаться промежуточные вещества из распада (в частности, сероводород, нитриты, диамины и др.), обладающие высокой токсичностью.

Самоочищение подземных вод происходит благодаря фильтрации через почву и за счет процесса минерализации, в результате вода полностью освобождается от органических загрязнений и микроорганизмов.

Самоочищение водоемов - совокупность всех природных процессов в загрязненных водах, ведущих к восстановлению первоначальных свойств и состава воды. В природных водоемах обитают рыбы, водоплавающие животные, птицы, развиваются водоросли, инфузории, рачки, насекомые, планктон и донные организмы. Здесь функционирует свой круг веществ. Процессы самоочищения водоемов зависят от гидробиологической и гидрохимической обстановки в них. Основными факторами, существенно влияющими на водоемы, являются, температура вода, минеральный состав примесей, концентрация кислорода, рН воды, концентрация вредных примесей, препятствующих или затрудняющих протекание процессов самоочищения водоемов. Особенно большое значение в процессах самоочищения имеет кислородный режим водоемов. Расход кислорода на минерализацию органических веществ определяется через биохимическое его потребление,(БПК). Биохимическое потребление кислорода (БПК), выражается количеством кислорода, использованного в биохимических (при помощи бактерий) процессах окисления органических веществ за определенное время инкубации пробы (мг О2 в сутки). Обычно на практике при анализе качества воды пользуются пятисуточной (БПК 5) или полной (БПКПОЛНОЕ) биохимической потребностью кислорода. При сбросе в водоем загрязнителей биологическое равновесие в нем нарушается. Появляются минеральные новообразования в виде взвесей и растворов. Органические вещества окисляются аэробными микроорганизмами, расходующими кислород и выделяющими определенное количество теплоты. Образуются углекислый газ и вода, водоем очищается от органических веществ, но содержание кислорода уменьшается. При полном израсходовании кислорода размножаются анаэробные организмы, а все аэробные погибают. Самоочищение вод при этом прекращается, и начинается разложение органических веществ анаэробными микроорганизмами с образованием ядовитых веществ (аммиака, метана, сероводорода и др.). Водоем становится "мертвым". Таковы основные последствия загрязнения гидросферы, которая оказалась наиболее уязвимой частью биосферы. И, если в ближайшее время кардинально не улучшатся ее использование и охрана, жизнь на планете окажется под угрозой.

2.3 Загрязнение литосферы

2.3.1 Земельные ресурсы

Литосфера – твердая оболочка Земли, различается по составу и строению на материках и океане. Мощность литосферы 50 – 250 км, в том числе земной коры до 50 – 75 км на суше (29,2 % поверхности Земли) и 5 – 11 км на дне океана. Верхние слои литосферы мощностью 2 – 3 км (по некоторым данным – до 8,5 км) называют литобиосферой. Частью биосферы является только верхняя часть земной коры, т. к. с глубиной нарастает температура земных недр. Живые бактерии выявляются в подземных водах с температурой до 100 o С, хотя наиболее активная жизнедеятельность ограничена примерно 80 o С, предельная концентрация минеральных солей 270 г/дм 3 . При глубоком бурении в Поволжье и Западной Сибири активная и разнообразная по составу анаэробная микрофлора была найдена на глубине 1 – 3 км, а иногда и глубже . Первоосновой всех форм растительных и животных организмов на суше является почвенный покров. Почва - верхний слой суши, образовавшийся под влиянием многообразных физико-химических и биологических процессов, имеет постоянный обмен веществ и находится в состоянии подвижного равновесия с окружающей средой, служит общепланетарным аккумулятором и распределителем энергии прошедших через фотосинтез растений, удерживающим в биосфере важнейшие элементы - углерод, азот, фосфор, калий, серу, кальций и др. Основоположник современного почвоведения русский естествоиспытатель В.В. Докучаев (1846 - 1903) в своей работе «Картография русских почв» дал такое определение почвы: «Это суть поверхностно лежащие минерально-органические образования, которые всегда более или менее окрашены гумусом; эти тела имеют свое собственное происхождение; они всегда и всюду являются результатом совокупной деятельности материнской горной породы, живых и отживших организмов (как растений, так и животных), климата, возраста страны и рельефа местности; почва, как и всякий другой организм, всегда имеет известное строение, нормальную толщину и нормальное положение…» . В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты: 1. минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух; 2. детрит – отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных; 3. множество живых организмов – от детритофагов до редуцентов, разлагающих детрит до гумуса. Эдафические факторы – это свойства почвы как экологического фактора. Для почвы характерна более или менее рыхлая структура, определенная водопроницаемость и аэрируемость. Почва является биокосной системой, основанной на динамическом взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и почвенными организмами. Поверхностные слои почвы обычно содержат остатки растительных и животных организмов (детрит), разложение которых приводит к образованию гумуса, количество которого определяет плодородие почвы. Процесс образования почвы протекает со скоростью 0,5 – 2 см в столетие, на образование пахотного слоя мощностью 18 – 25 см нужно от 2 до 8,5 тыс. лет. Поэтому если почва исчезла, то для всех практических целей она пропала навсегда. Площадь суши земного шара без ледников и полярных шапок составляет 133,4 млн. км 2 . Из них 55,4 млн. км 2 приходится на тропики; 24,3 млн. км 2 – на субтропики; 22,5 млн. км 2 на – зону умеренного климата и 21,2 млн. км 2 – на полярную зону. Пахотные угодья занимают около 1,5 млрд. га (10 – 11% суши), пастбища и сенокосы – приблизительно 3 млрд. га (20 % суши). По данным ООН, 20 % площади суши располагаются в слишком холодном климате, 20 % занимают высокие горы и 10 % – щебенистые почвы крутых склонов . Резервы сельскохозяйственных земель на планете исчерпаны. Население земного шара распределено неравномерно, и обеспеченность пашней в разных странах неодинакова. Наиболее обеспеченные пашней страны являются основными производителями сельскохозяйственной продукции. На каждого жителя планеты приходиться в среднем 0,4 га пашни . Эта цифра имеет тенденцию к сокращению, так как население Земли растет, а площадь суши не увеличивается. Площадь пашни можно увеличить за счет распашки лугов, сенокосов и пастбищ, но освоение новых территорий экологически небезопасно и экономически чаще всего нерентабельно. По обеспечению пашней территория бывшего СССР занимает четвертое место в мире, однако половина этой территории находится в зоне многолетней мерзлоты, а 2/3 пахотных земель приурочено к зоне недостаточного увлажнения, и по потенциальным возможностям природных условий для сельскохозяйственного производства эта территория в 2,4 раза уступает США, 2,25 раза – Франции, в 1,7 раза – Германии и 1,5 раза – Великобритании . На долю России приходится 76,6 % площади бывшего СССР и 59,6 % пашни. За длительный период бесхозяйственного использования почвы РФ в значительной степени утратили свое плодородие. Среди них много смытых черноземов, которые необходимо защищать от водной и ветровой эрозии. Почвы нуждаются в специальных мероприятиях по осушению, рассолению, нейтрализации кислой реакции (известкование), орошении и т.д. В настоящее время на душу населения в РФ приходится порядка 0,8 га пашни, а еще в 1971 г было 0,9 га. Такое уменьшение вызвано ростом населения страны и отводом продуктивных земель для строительства, развития промышленности и транспорта.

Каждый водоем - это сложная система, где обитают бактерии, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Совокупная их деятельность обеспечивает самоочищение водоемов. Одна из природоохранных задач поддержать способность самоочищения водоемов от примесей.

Факторы самоочищения водоемов можно условно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

Среди физических факторов первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Хорошее перемешивание и снижение концентраций взвешенных частиц обеспечивается быстрым течением рек. Способствует самоочищению водоемов оседание на дно нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. В зонах с умеренным климатом река самоочищается через 200-300 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере - через 2 тыс. км.

Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца. Эффект обеззараживания достигается прямым губительным воздействием ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, а также споровые организмы и вирусы.

Санитарный режим водоема характеризуется прежде всего количеством растворенного в нем кислорода. Его должно бить не менее 4 мг на 1 л воды в любой период года для водоемов для водоемов первого и второго видов. К первому виду относят водоемы, используемые для питьевого водоснабжения предприятий, ко второму - используемые для купания, спортивных мероприятий, а также находящихся в черте населенных пунктов.

К биологическим факторам самоочищения водоема относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки. Однако фитопланктон не всегда положительно воздействует на процессы самоочищения: в отдельных случаях массовое развитее сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения.

Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать и представители животного мира. Так, устрица и некоторые другие амебы адсорбируют кишечные и другие вирусы. Каждый моллюск отфильтровывает в сутки более 30 л воды.

Чистота водоемов немыслима без охраны их растительнос-ти. Только на основе глубокого знания экологии каждого водоема, эффективного контроля за развитием населяющих его различных живых организмов можно достичь положительных результатов, обеспечить прозрачность и высокую биологическую продуктивность рек, озер и водохранилищ.

Неблагоприятно на процессы самоочищения водоемов влияют и другие факторы. Химическое загрязнение водоемов промышленными стоками, биогенными элементами (азотом, фосфором и др.) тормозит естественные окислительные процессы, убивает микроорганизмы. То же относится и к спуску термальных сточных вод тепловыми электростанциями.

Многостадийный процесс, иногда растягивающийся на длительное время - самоочищение от нефти. В природных условиях комплекс физических процессов самоочищения воды от нефти состоит из ряда составляющих: испарения; оседания комочков, особенно перегруженных наносами и пылью; слипание комочков, взвешенных в толще воды; всплывания комочков, образующих пленку с включениями воды и воздуха; снижения концентраций взвешенной и растворенной нефти вследствие оседания, всплывания и смешивания с чистой водой. Интенсивность этих процессов зависит от свойств конкретного вида нефти (плотность, вязкость, коэффициент теплового расширения), наличия в воде коллоидов, взвешенных и влекомых частиц планктона и т.д., температура воздуха и от солнечного освещения.

О загрязнение и о дефиците питьевой воды на планете написано достаточно. В одной из самых богатых водными ресурсами стран, России, только один процент исходной воды поверхностных источников питьевого водоснабжения соответствует нормативам качества. В Карелии, стране рек и озер, где обеспеченность водными ресурсами превосходит среднероссийские показатели в 2-3 раза, - около 70% проб воды, поступающей в разводящие сети населенных пунктов, не отвечают гигиеническим требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Во многом это объясняется интенсивной техногенной и агропромышленной деятельностью, направленной, прежде всего на удовлетворение сиюминутных потребностей человечества и недостаточным вниманием к сбережению водных ресурсов для последующих поколений. Но не только, «благодаря» этому природная вода, которая жизненно необходима человечеству находится в состоянии, близком к критическому.

Природная вода получается загрязнения из самых различных сфер. Источники загрязнения водных объектов чрезвычайно многообразны. Прежде всего, это стоки городов и промышленных предприятий. Наиболее водоемкие отрасли промышленности – это горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70 % всей воды, затрачиваемой в промышленности. Также огромное количество воды для охлаждения используют тепловые и атомные электростанции, сбрасываемая вода приводит к тепловому загрязнению водоемов, что нарушает термический, гидрохимический и гидробиологический режимы водных объектов.

В последние годы в ряде районов с ними "конкурируют" стоки животноводческих комплексов и воды, поступающие с ирригационных массивов и богарных земель. На нужды сельского хозяйства уходит 60-80% всей пресной воды. Во многих регионах мира загрязнение вод все больше связывается с атмосферными осадками. Определенную роль в ухудшении качества воды играет изменение режима рек и озер.

В связи с огромной проблемой загрязнения природных вод существуют разные методы и способы очистки воды. Но несмотря на это одним из наиболее ценных свойств природных вод является их способность к самоочищению.

Самоочищение вод - это восстановление их природных свойств в реках, озерах и других водных объектах, происходящее естественным путем в результате протекания взаимосвязанных физико-химических, биохимических и других процессов (турбулентная диффузия, окисление, сорбция, адсорбция и т.д.). Способность рек и озер к самоочищению находится в тесной зависимости от многих природных факторов. К числу таких факторов следует отнести: биологические - сложные процессы взаимодействия водных растительных организмов с составными частями поступающих стоков; гидрологические - разбавление и смешивание попавших загрязнений с основной массой воды; физические - влияние солнечной радиации и температуры; механические - осаждение взвешенных частиц; 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. Полная смена воды в реках занимает в среднем 16 сут., болотах – 5сут., озерах - 17 лет. Разница во времени связана с разными сроками полного водообмена в разных водотоках и водоемах.

Наиболее интенсивно самоочищение воды в водоемах и водотоках осуществляется в теплый период года, когда биологическая активность в водных экосистемах наибольшая. Быстрее самоочищение протекает на реках с быстрым течением. Большая часть взвешенных загрязнений осаждается, это взвешенные минеральные и органические частицы, яйца гельминтов и микроорганизмы, благодаря этому, вода осветляется и становится прозрачной.

Уменьшение концентрации загрязняющих водные объекты неорганических веществ происходит путем нейтрализации кислот и щелочей за счет естественной буферности природных вод, образования труднорастворимых соединений, гидролиза, сорбции и осаждения. Концентрация органических веществ и их токсичность снижаются вследствие химического и биохимического окисления.

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.

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. 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.

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

Необходимо помнить, что способность водоемов к самоочищению ограничена. Замедлить процессы самоочищения воды и ухудшить ее органолептические свойства могут соединения свинца, меди, цинка, ртути, которые могут попасть в водоемы со стоками, оказывая токсическое действие на организм животных.

Большое значение имеет распространение водной растительности (густые заросли тростника, камыша и рогоза вдоль берегов), которая выполняет в них роль своеобразного биофильтра. Высокую очищающую способность водных растений широко используют на многих промышленных предприятиях, как в нашей стране, так и за рубежом. Для этого создают разнообразные искусственные отстойники, в которых сажают озерную и болотную растительность, хорошо очищающую загрязненные воды.

В последние годы получила распространение искусственная аэрация - один из эффективных способов очищения загрязненных вод, когда процесс самоочищения резко сокращается при дефиците растворенного в воде кислорода. Хорошая аэрация воды обеспечивает активизацию окислительных, биологических и других процессов, способствуя очищению воды. Для этого специальные аэраторы устанавливают в водоемах и водотоках или на станциях аэрации перед сбросом загрязненных вод.

Список литературы

1. Авакян А.Б., Широков В.М. Комплексное использование и охрана водных ресурсов: Учеб. пособие. - Мн.: Ун-кое, 1999 г.;

2. Бернард Небел "Наука об окружающей среде" (В 2-ух томах), "МИР" М. 1993г.;

3. Беличенко Ю.П., Швецов М.Н. Рациональное использование и охрана водных ресурсов. - М.: Россельхозиздат, 2006г

Несмотря на почти беспрерывное поступление разнообразных загрязнений в поверхностные водоемы, в наиболее мощных из них хотя и наблюдается ухудшение качества воды, но пока еще не катастрофическое. Прогрессированию загрязнения воды противостоят многочисленные природные физико-химические и биологические процессы, направленные на восстановление состояния водоема и получившие название "самоочищение".

Под самоочищением поверхностных водоемов подразумевают весь комплекс биологических, физических и химических процессов, которые обусловливают способность водоемов освобождаться от загрязнений, образовавшихся в результате распада аутохтонных (водных) организмов или вносимых со сточными водами.

Процесс самоочищения водоемов происходит благодаря следующим процессам:

1) разбавлению сточных вод водой водоема;

2) седиментации (или оседания) взвешенных нерастворенных веществ и яиц гельминтов;

3) использованию (поеданию) органических веществ зоопланктоном, рыбами;

4) химическим превращениям (окислительно-восстановительным, гидролизу и т.д.);

5) биохимическому окислению растворенных, в том числе коллоидных, органических веществ биоценозом микроорганизмов и др.

Одним из наиболее мощных путей самоочищения водоемов является биохимическое окисление, направленное на уменьшение органического загрязнения воды. При поступлении в водоем вместе со сточными водами растворенных органических веществ, природного и антропогенного происхождения, они минерализуются благодаря жизнедеятельности сапрофитных водных микроорганизмов, фито- и зоопланктона. Процессы биохимического окисления завершаются нитрификацией с образованием конечных продуктов распада - нитратов, карбонатов, сульфатов и пр. Для биохимического окисления органических веществ необходимо присутствие в воде растворенного кислорода. Запасы его восстанавливаются благодаря диффузии из атмосферного воздуха. В водоеме должен присутствовать также биоценоз водных сапрофитных аэробных микроорганизмов.

Биоценоз в зависимости от характера водоема, принимающего сточные воды, состоит из фито- и зоопланктона, различных видов рыб и других водных организмов.

Специальными исследованиями установлено, что в 1 м3 речной воды в летнее время содержится биоценоз микроорганизмов, общая поверхность которого равняется 5 м2.

Когда в водоем сбрасывают незначительное количество неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод (хозяйственно-бытовых или сточных вод животноводческих комплексов, предприятий пищевой промышленности и т. п.), начиная с места их выпуска, органические вещества подвергаются биохимическому расщеплению. Установлено, что биоценозы микроорганизмов вдоль течения реки строго разграничиваются на зоны сапробности. Под сапробностью подразумевают комплекс физиологических свойств определенного организма, обусловливающего его способность развиваться в воде с тем или иным содержанием органических веществ. Если сточные воды сбрасывать в небольшие реки, то они почти по всей длине, а большие реки на расстоянии до 60 км фактически выполняют функцию очистного сооружения. В таком сооружении биохимические процессы протекают в определенной последовательности: на участке выпуска биохимические процессы выполняют микроорганизмы, характерные для полисапробной, затем, ß-мезосапробной, олигосапробной и, наконец, катаробной зонам. Две последние свободны от загрязнения.

Зоне активной деятельности полисапробных микроорганизмов в водоеме свойственно значительное содержание нестойких органических веществ (белков, жиров, углеводов) и продуктов анаэробного распада (сероводород и другие газы). В а-мезосапробной зоне начинается распад органических веществ с образованием аммиака. В воде содержится много свободной углекислоты, в малых количествах - кислорода. В воде и донных отложениях протекают окислительно-восстановительные процессы. Развиваются микроорганизмы, обладающие значительной стойкостью к недостатку кислорода и большому содержанию угольной кислоты. В ß-мезосапробной зоне водоемов почти отсутствуют нестойкие органические вещества, которые полностью минерализовались. Концентрация кислорода и углекислоты на таком участке значительно колеблется в течение суток. Днем кислород может перенасыщать воду, углекислота исчезает почти полностью. Ночью же в воде наблюдается дефицит кислорода. Олигосапробная зона характерна для практически чистых водоемов, где содержится незначительное количество нестойких органических веществ и продуктов их минерализации. Наконец, катаробная зона свойственна чистым водоемам с их микро- и макронаселением (флорой, фауной), аэробными окислительными процессами и незначительным количеством микроорганизмов, свойственных воде водоема.

В процессе самоочищения водоемов не только окисляются органические вещества, но и отмирают патогенные, условно-патогенные и сапрофитные для кожи и слизистых оболочек человека микроорганизмы. Они гибнут вследствие уменьшения в воде питательных веществ, губительного действия солнечных лучей, конкурентных взаимоотношений с водной микрофлорой, бактерицидного действия антибиотических веществ, выделяемых грибами и другими водными сапрофитами, и т. д.

Весьма ограничена способность водоемов освобождаться, самостоятельно, от токсических химических веществ, поступающих в них, главным образом, со сточными водами промышленных предприятий. Относительно таких стойких загрязнителей, как тяжелые металлы, пестициды, другие хлорорганические соединения, способность водоема к самоочищению ограничивается процессами разбавления, сорбции на взвешенных веществах и активном иле с дальнейшей седиментацией и накоплением в донных отложениях. Некоторые экзогенные химические вещества разрушаются в воде водоемов под действием солнечных лучей (фотолиз), вследствие гидролиза или деструкции, осуществляемой микроорганизмами.

Следовательно, сброс в водоемы сточных вод с различным содержанием в них органических, бактериальных и химических загрязнителей приводит к неминуемому загрязнению водоема. Процессы самоочищения протекают очень медленно и на значительных участках от места сброса сточных вод. Их скорость зависит от мощности водоема, его состояния (уровня загрязнения) выше места выпуска сточных вод, от количества загрязнителей, поступающих со сточными водами. Способность водоема самоочищаться имеет пределы. В небольших и особенно непроточных водоемах способность к самоочищению незначительна. Исчерпывание способности к самоочищению вследствие продолжительного и чрезмерного поступления неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод неминуемо приведет к загрязнению водоема. А это при использовании ее населением для хозяйственно-питьевых или культурно-бытовых целей может привести к отрицательным последствиям для здоровья людей.