Самоочищение водных объектов
Самоочищение водных объектов – это совокупность взаимосвязанных гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих к восстановлению первоначального состояния водного объекта. В зависимости от интенсивности внешнего воздействия на водный объект и характера протекания процессов происходит либо восстановление водного объекта до первоначального состояния, либо постепенный переход к другому устойчивому состоянию, характеризующемуся иными качественно-количественными показателями. Интенсивное внешнее воздействие, превышающее саморегулирующие возможности водного объекта, может привести к его деградации и разрушению естественной экосистемы.
Условно выделяются три типа самоочищения: физическое, химическое и биологическое.
Среди физических процессов важную роль играет разбавление (перемешивание), напрямую связанное с течением – чем сильнее течение в водном объекте, тем быстрее снижается концентрация взвешенных частиц. Также важным элементом физических процессов является отстаивание загрязнённых вод, в результате которого нерастворимые осадки оседают на дно и сорбируются донными отложениями. Однако в этом случае происходит загрязнение донных отложений, которые могут стать источником вторичного загрязнения водного объекта. Ещё один физический процесс, испарение, способствует удалению из вод летучих загрязняющих веществ. Однако при физических процессах происходит лишь перераспределение и рассеивание загрязняющих веществ в окружающей среде и загрязнение ими связанных объектов.
Поглощение водой кислорода (аэрация) способствует насыщению водной массы растворённым кислородом, который играет главную роль в одном из важных химических процессов самоочищения – окислении содержащихся в воде органических и неорганических веществ. Чем выше содержание в воде растворённого кислорода, тем быстрее и лучше протекает процесс окисления и, соответственно, самоочищения водного объекта. На содержание в воде растворённого кислорода влияет интенсивность загрязнения, температура воды и скорость течения в водном объекте. Так, при высокой интенсивности загрязнения темпы сокращения запасов растворённого кислорода значительно превышают темпы аэрации, при повышении температуры снижается концентрация растворённого кислорода в воде, а при низких скоростях течения может произойти стратификация, когда перемешивание слоёв воды не происходит, и скорость поглощения кислорода из атмосферы снижается. Всё это негативно влияет на способность водных объектов к самоочищению.
Самоочищение воды может происходить и вследствие некоторых других химических реакций, при которых образуются трудно растворимые, летучие или нетоксичные вещества, например, реакций нейтрализации (реакция взаимодействия кислот и оснований с образованием соли и слабо диссоциирующего вещества), гидролиза (реакция ионного обмена между различными веществами и водой), фотолиза (разложение химических соединений под действием ультрафиолетового излучения Солнца) и других. Так, содержащиеся в природной воде карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния нейтрализуют кислоты, а растворённая в воде угольная кислота – щёлочи. А солнечное ультрафиолетовое излучение, помимо участия в реакциях фотолиза, оказывает губительное воздействие на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, споры грибов, цисты простейших, вирусы.
Биологические, точнее, биохимические, процессы самоочищения водных объектов являются следствием трансформации веществ, осуществляемой гидробионтами Организмы, приспособленные к обитанию в водной среде. . Процессы метаболизма, биоконцентрирования, биодеградации приводят к изменению концентрации загрязняющих веществ. К биологическим факторам самоочищения водных объектов относятся также водоросли, плесневые и дрожжевые грибки, самоочищению от бактерий и вирусов способствуют представители живого мира. Например, устрицы и некоторые амёбы адсорбируют кишечные и другие вирусы; тростник, рогоз, камыш и другие высшие водные растения способны поглощать из воды как инертные соединения, так и физиологически активные вещества (фенолы, ядовитые соли тяжёлых металлов и др.); двустворчатые моллюски фильтруют воду, отлавливая мелкую органическую взвесь и выводя очищенную воду обратно в водный объект. Как и химические, биологические процессы тесно связаны с наличием в воде растворённого кислорода – при достаточном количестве кислорода проявляется активность аэробных микроорганизмов, питающихся органическими веществами, при расщеплении которых образуются углекислый газ и вода, а также нитраты, сульфаты, фосфаты или другие соединения.
На процессы самоочищения водного объекта негативно влияют интенсивные загрязнения, сбросы тёплых сточных вод, заиление, зарастание или заболачивание водных объектов. Для содействия естественной способности водных объектов к самоочищению, предотвращения процессов деградации водных объектов и разрушения их экосистемы проводятся мероприятия по экологической реабилитации водных объектов.
Источник
Самоочищение водоемов
Денис:
Здравствуйте, помогите пожалуйста найти информацию по теме :»Процессы самоочищения водных объектов». Заранее благодарен, Денис.
Самоочищение водоемов обусловливается рядом факторов. Условно их можно разделить на физические, химические и биологические.
Физические факторы. Самоочищение речной воды происходит в результате разбавления ее чистой водой и свежими притоками. В связи с этим снижается концентрация органических веществ в воде, создаются неблагоприятные условия для размножения микробов. Оседание в воде нерастворимых органических и неорганических частиц, а вместе с ними и бактерий, губительное действие ультрафиолетовых лучей на микроорганизмы способствуют самоочищению водоема.
Химические факторы. Бактериостатическое и бактерицидное действие на микроорганизмы оказывают соли серебра, меди, галогенов (иод, бром и др.), NaCl, растворенные в воде, рН, а также окисление органических и неорганических веществ в водоеме.
Биологические факторы. Огромная роль в самоочищении водоемов принадлежит биологическим факторам, действие которых обусловлено сложными взаимоотношениями гидробионтов. Гидробионты— растительные и животные организмы, приспособленные к жизни в водной среде. К ним относятся микробы, зеленые водоросли, простейшие, бактериофаги и др.
Взаимоотношения водных обитателей могут складываться в виде симбиоза или антагонизма. В конечном результате эти взаимовлияния приводят к самоочищению водоема.
Загрязнение водоемов сточными водами, отходами промышленных предприятий обусловливает усиленное размножение сапрофитных микробов, которые расщепляют сложные органические соединения до простых минеральных (СО2, МНз) и делают их доступными для питания автотрофных организмов (нитрифицирующих, серои железобактерий, водорослей). Основная роль в удалении из водоемов растворимых веществ принадлежит микробам.
Зеленые водоросли и некоторые бактерии — обитатели рек, озер, морей — вырабатывают антибиотические вещества, губительно действующие на попавших в водоемы микробов, среди которых могут быть возбудители инфекционных болезней человека или животных. Морская вода обладает вирулицидным действием на энтеро-вирусы. Отдельные виды морских бактерий обладают антагонистическими свойствами по отношению к стафилококку, кишечной палочке.
Простейшие поглощают из водоемов коллоиды, взвеси и микробов, в том числе и патогенных. Одна инфузория за 1 ч переваривает до 30000 микробов. Погибшие простейшие и водоросли в свою очередь служат пищей для сапрофитных бактерий.
Бактериофаги вызывают лизис (растворение) гомологичных бактерий (например, дизентерийный фаглизирует дизентерийную бактерию; сибиреязвенный фаг — возбудителя сибирской язвы и т. д.) и способствуют очищению водоемов от патогенных микробов. Бактериофагов обычно обнаруживают в загрязненной речной и морской воде вблизи населенных пунктов.
Механизм антимикробного действия перечисленных гидробионтов неодинаков: от прямого поглощения бактерий до их лизиса или выделения в водоем антибиотических веществ.
В самоочищении водоема участвуют все гидробионты, тем не менее основная роль принадлежит водной микрофлоре, количественный и качественный состав которой меняется в зависимости от содержания в воде органических веществ.
Степень загрязненности водоема называется сапробностью и характеризует особенности водоема: определенная концентрация органических веществ, соответствующая стадия их минерализации, условия развития и состав микроорганизмов. Различают три основные зоны сапробности: полисапробная, мезосапробная, олигосапробная.
Полисапробная зона (зона сильного загрязнения)— вода загрязнена органическими веществами, число микроорганизмов достигает нескольких миллионов в 1 мл, при этом преобладают кишечные и анаэробные гнилостные бактерии, обусловливающие процесс гниения и брожения.
Мезосапробная зона (зона умеренного загрязнения) характеризуется минерализацией органических веществ с преобладанием окислительных процессов и выраженной нитрификацией. Количество бактерий в 1 мл воды составляет сотни тысяч, причем содержание коли-бактерий значительно уменьшается.
Олигосапробная зона (зона чистой воды) обычно не содержит органических веществ. Количество бактерий в 1 мл воды составляет десятки, сотни, преобладают серо-и железобактерии.
Таким образом, наличие определенного количественного и качественного состава микроорганизмов в различных зонах санпробности характеризует активность процесса самоочищения водоема.
Самоочищение водоемов
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 представляет собой сложный комплекс физических, физико-химических, химических и биохимических явлений.
Гидродинамические процессы смешения стока с водой водоема во многом определяют интенсивность самоочищения, так как понижают концентрацию загрязнений. К числу физических факторов самоочищения относятся также процессы осаждения нерастворимых примесей, поступающих в водоем со сточными водами. Физические явления осаждения тесно связаны с жизнедеятельностью гидробионтов — фильтраторов и седиментаторов. Они извлекают из воды огромные количества взвешенных веществ и выбрасывают непереваренный материал в виде фекальных комочков, легко оседающих на дно. Еще большее значение имеет процесс образования моллюсками псевдофекалий. Таким образом, гидробионты ускоряют процессы осаждения, способствуя очистке воды от взвешенных веществ иx осаждению их в донные отложения.
В водоеме протекают и чисто химические реакции нейтрализации, гидролиза, окисления. Например, при самоочищении от ионов Fe, Mg, Al преобладающим процессом является реакция образования гидроксидов этих металлов с последующим их осаждением.
Самоочищение от ионов тяжелых металлов происходит за счет целого ряда процессов: соосаждения с гидроксидами перечисленных выше металлов, сорбции ионов органическими коллоидами, образования сложных металлоорганических комплексов с гуминовыми кислотами. Доля участия каждого из этих процессов в удалении тяжелых металлов зависит от рН, окислительно-восстановительных условий в водоеме, концентрации металлов. В результате вода освобождается от тяжелых металлов, а в донных отложениях происходит их накопление. Изменение окислительно-восстановительных условий в донных осадках может привести к переходу ионов металлов в водный слой, т.е. к вторичному загрязнению воды.
Минерализация органических загрязнений происходит главным образом за счет биохимических процессов, протекающих с участием разнообразных гидробионтов. Биохимические превращения в водоемах осуществляются как в водной среде, так и в донных отложениях.
Главенствующую роль в окислении растворенных органических веществ играют бактерии. Поступление в водоем органических загрязнений вызывает в нем бурное развитие сапрофитных бактерий. При этом видовой состав бактериального населения определяется характером внесенных загрязнений. В воде развиваются виды, способные использовать те или иные внесенные вещества в качестве источников питания.
Постепенное истощение запасов питательных веществ приводит к уменьшению числа бактерий. Снижение числа бактерий происходит и за счет поедания их представителями зоопланктона (простейшими, коловратками, ракообразными), которые, удаляя из воды коллоиды и мелкие взвешенные вещества, одновременно уничтожают и бактерии.
Органические вещества, как внесенные извне, так и образовавшиеся в результате отмирания фитои зоопланктона, частично оседают на дно. В донных отложениях процессы минерализации протекают столь же интенсивно, как и в водном слое. В этих процессах принимают участие бактерии, черви, моллюски, простейшие, личинки насекомых.
Процессы минерализации заметно усиливаются, если в водоеме присутствуют макрофиты. На стеблях и листьях водных растений обильно развиваются организму перифитона, принимающего участие в окислении органических веществ. В зарослях макрофитов бентос, как правило, более богат разнообразными организмами — минерализаторами. Макрофиты стимулируют процессы аэробного биохимического разложения органических веществ, выделяя в воду значительные количества кислорода. Кроме того, установлено, что в присутствии макрофитов интенсифицируется деятельность многих бактерий, в частности нефтеокисляющих. Объясняется это явление выделением макрофитами в среду метаболитов, стимулирующих обменные процессы у бактерий.
В процессах самоочищения принимает участие комплекс биоценозов, образованных различными гидробионтами. Большинство из них принимает непосредственное участие и в освобождении водоема от бактериальных загрязнений, в том числе от патогенных микробов. Механизм антибактериального действия гидробионтов достаточно разнообразен. Одни из них поглощают бактерии в качестве питания, другие вызывают лизис клетки, третьи выделяют в среду бактерицидные вещества. Между бактериальным населением и другими гидробионтами складываются взаимоотношения разного типа. Преобладающими среди них помимо пищевых являются метабиоз и антагонизм.
Антагонистические отношения между водорослями и бактериями обусловлены несколькими причинами. Это может быть конкуренция за источники азотного питания или то обстоятельство, что в процессе фотосинтеза водоросли подщелачивают среду до рН = 9. Кроме того, многие водоросли (например, зеленые водоросли Chlorella и Scenedesmus) выделят в среду вещества (метаболиты), обладающие бактерицидным действием. Установлено, что бактерицидное действие зеленых водорослей распространяется и на бактерии группы Coli, и на возбудителей многих кишечных инфекций. В уничтожении патогенных бактерий принимают участие н бактериофаги.
В водоемах с богатым микронаселением болезнетворные микробы гибнут скорее, чем в водоемах с незначительным количеством гидробионтов. Объясняется это действием антагонистических отношений между бактериями и другими микроорганизмами.
В зимних условиях процессы бактериального самоочищения протекают медленнее, и патогенная микрофлора сохраняется в воде дольше, так как биологические факторы самоочищения при пониженных температурах действуют с малой интенсивностью.
Биохимическая деятельность гидробионтов является доминирующим процессом в самоочищении водоема. Но среди гидробионтов немало организмов, массовое развитие которых может принести и значительный вред.
- ovode.net/hw90.php
- portaleco.ru/ekologija-goroda/biohimicheskoe-samoochishchenie-vody.html
- www.o8ode.ru/article/answer/pnanetwater/camoo4iqenie_vodoemov_ot_pav.htm
- smikro.ru/?p=174
- Стольберг Ф.В. Экология города Предмет Экология 3.7.2. Самоочищение водных объектов
- biofaktory.ru/book/3/66.html
Какое время составляет самоочистки водоемов?
Источник
