Что такое самоочищение водоема
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.
Какое время составляет самоочистки водоемов?
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКРЕАЦИОННЫХ ПРУДОВ
Самоочищение прудов
ПРОЦЕССЫ САМООЧИЩЕНИЯ
Самоочищение пруда — постепенное возвращение водной среды водоема к первоначальному природному состоянию, происходящее под влиянием биологических, физических и химических процессов:
1. Биологические процессы самоочищения: результат жизнедеятельности бактерий, растений и животных, обитающих в пруду.
2. Физические процессы самоочищения: седиментация (выпадение в осадок) взвешенных загрязняющих веществ, перемешивание воды под воздействием ветра и течений, перемешивание в результате температурной стратификации водного объема.
3. Химические процессы самоочищения: окисление и распад органики, сопровождающиеся образованием простых химических соединений (углекислоты, метана, аммиака), которые могут употребляться в пищу гидробионтами.
АНАЭРОБНАЯ И АЭРОБНАЯ СХЕМЫ
Самоочищение может происходить по двум схемам:
– анаэробная;
– аэробная.
При анаэробной схеме разрушение органических веществ осуществляется с помощью бактерий и грибов, без присутствия кислорода. При этом происходит накопление промежуточных элементов распада — сероводорода, аммиака, жирных кислот.
Аэробная схема противоположна анаэробной и характеризуется присутствием кислорода. В основе переработки загрязненного стока по аэробной схеме лежит прибрежно-водная растительность. Во‑первых, прибрежно-водные растения в ходе фотосинтеза выделяют кислород и насыщают им воду. Во-вторых, в зарослях растений обитают бактерии и фитофильная фауна, а в корнях растений — бентос. Все вместе эти звенья производят:
– механическую очистку;
– аккумулирование химических элементов;
– минерализацию и окисление;
– детоксикацию органических загрязнений.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА
Природная механическая очистка представляет собой освобождение водной среды от взвешенных и слаборастворимых органических и минеральных веществ. В основном данная работа производится животными-фильтраторами (двухстворчатые моллюски, ракообразные) и прибрежно-водной растительностью. Интенсивность процессов очищения тем выше, чем:
– больше количество фильтраторов и их видовой состав;
– больше площадь листьев и побегов растений, и выше их ослизнённость (слизь на поверхности);
– более развиты корни растений.
Моллюски способны фильтровать колоссальные объемы воды. Растения и их корни очень хорошо задерживают взвешенные вещества, нефтяные пленки, органические эмульсии, жиры. Выпадая в осадок, данные вещества (в том числе нефть) перерабатываются уже донными организмами. Корни прибрежных растений поглощают азот, калий, фосфор. Органические вещества и минералы используются растениями для собственного метаболизма. Тростник, рогоз, камыш, элодея, роголистник в процессе фитофильтрации увеличивают прозрачность воды и понижают ее минерализацию. Погруженные макрофиты очень интенсивно насыщают водную среду кислородом (способствуя окислению органики и ускоряя нитрификацию), во много раз быстрее поглощают фосфор. Прибрежно-водные растения поддерживают высокое содержание кислорода в воде, что крайне важно, т.к. кислород является основным быстрорасходуемым элементом очищения воды. Растения подавляют развитие синезеленых водорослей, предотвращая цветение прудов.
К наилучшим представителям прибрежно-водной растительности, часто применяемым в проектной документации на городские пруды, относятся:
– прибрежные: камыш, тростник, рогоз, ирис, аир;
– плавающие: кувшинки, кубышка, ряски;
– погруженные: роголистник, уруть, элодея.
АККУМУЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Прибрежно-водные растения представляют собой накопитель биогенных веществ. В процессе жизнедеятельности растения способны потреблять из воды фосфор, азот, серу, кальций, железо, кремний. Особенно этим отличаются такие полупогруженные растения, как рогоз (узколистный и широколистный), тростник обыкновенный, камыш озерный, ежеголовник, рдест (блестящий и гребенчатый). Помимо указанных биогенных элементов, прибрежно-водные и полностью погруженные растения поглощают поверхностно-активные вещества и тяжелые металлы, причем уприбрежно-водных растений это происходит с повышенной интенсивностью:
– никель, медь: наибольшее поглощение у сусака;
– свинец: наибольшее поглощение у тростника;
– цинк: наибольшее поглощение у элодеи канадской;
– титан: наибольшее поглощение у элодеи канадской и урути;
– хром и марганец: наибольшее поглощение у роголистника и урути.
Растения, особенно погруженные, участвуют в поглощении радиоактивных элементов (дезактивация воды). Наивысшей скоростью накопления радиоактивных изотопов отличается элодея и различные харовые водоросли.
По завершении вегетационного периода в пруду происходит быстрое отмирание многих растений. По этой причине для предотвращения вторичного загрязнения чаши пруда отмирающими растениями необходимо производить их выкашивание и утилизацию.
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ И ОКИСЛЕНИЕ
Минерализация — процессы окисления сложных органических соединений, при которых происходит их разрушение с получением безвредных или полезных простых соединений. Для поддержания окисления необходимо, чтобы в воде содержался достаточный объем растворенного кислорода. Кислород при окислении расходуется очень быстро, а его пополнение через газообмен зеркала пруда с атмосферой — очень медленное. Поэтому ведущую роль здесь выполняют прибрежно-водные растения, которые в результате метаболизма выделяют в воду кислород.
ДЕТОКСИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Фенолы, пестициды, химикаты, нефть, хлорорганические соединения, гербициды — высокотоксичные органические загрязнения. Естественная детоксикация прудов от таких соединений основана на том, что некоторые растения (прибрежно-водные и погруженные), а также микроорганизмы (водоросли и бактерии) способны не только к поглощению токсичных соединений, но и к:
а) их разложению (деструкции);
б) включению их в свой метаболизм.
К таким растениям, к примеру, относятся харовые водоросли, камыш, уруть, рдеста, гиацинт водный.
Нефтепродукты, являющиеся одним из наиболее частых загрязнений водных объектов, проходя через береговые заросли прудов подвергаются биологическому окислению и даже вовлекаются в обменные процессы растений и бактерий.
РОЛЬ САМООЧИЩЕНИЯ
Самоочищение пруда возможно только при небольшом исходном загрязнении воды. При интенсивном поступлении загрязнений и эвтрофировании природные процессы самоочистки не способны поддерживать водную среду в удовлетворительном состоянии. Из практики восстановления современных городских водоемов известно, что степень загрязнения воды в них не позволяет природному очищению полностью переработать весь поступающий загрязненный сток. В наилучшей ситуации оказываются те пруды, в которых по тем или иным причинам ограничен объем внешнего стока. Именно в направлении такого ограничения стока разрабатываются большинство современных проектов строительства или реконструкции прудов и городских водоемов.
Другим эффективным внедрением в практику проектирования и строительства прудов является биоплато — специально организованный и особым образом сконструированный участок пруда, в пределах которого организуется целенаправленная очистка воды прибрежно-водной растительностью.
САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЕМОВ
Полезное
Смотреть что такое «САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЕМОВ» в других словарях:
Самоочищение среды — процесс химической, физико химической и биологической нейтрализации (обезвреживания) загрязнителей окружающей среды. Происходит при переносе веществ ксенобиотиков в водоемы и низменности, а также по трофическим цепям экосистем, включая их… … Экологический словарь
Самоочищение морских водоемов — способность морских водоемов в результате воздействия совокупности естественных процессов восстанавливать после загрязнения природные свойства морского водоема. EdwART. Толковый Военно морской Словарь, 2010 … Морской словарь
САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЁМОВ — свойство водоемов превращать органические и часть неорганических веществ в безвредные соединения. Механизмы процессов самоочищения водоёмов делятся на физические (оседание суспензированных частиц, испарение и др.); химические (окисление веществ… … Экологический словарь
САМООЧИЩЕНИЕ ВОДЫ — свойство водоемов и водотоков постепенно освобождаться от загрязнения в результате распада и минерализации органических соединений. Факторы процессов самоочищения делятся на: 1) физико химические, к которым принадлежат механическое движение воды … Словарь ботанических терминов
Планктон — У этого термина существуют и другие значения, см. Планктон (значения). Бокоплав Планктон (греч … Википедия
СТО Газпром 8-2005: Регламент по расчету предельно допустимых сбросов веществ в поверхностные водные объекты со сточными водами — Терминология СТО Газпром 8 2005: Регламент по расчету предельно допустимых сбросов веществ в поверхностные водные объекты со сточными водами: 3.1.1 ассимилирующая способность водного объекта: Способность водного объекта принимать определенную… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Преде́льно допусти́мые концентра́ции — (ПДК) максимальные концентрации вредного вещества в объектах окружающей среды, которые в условиях постоянного воздействия или в отдаленные сроки после него не вызывают у человека и его потомства каких либо заболеваний или отклонений в состоянии… … Медицинская энциклопедия
Остапеня, Александр Павлович — Александр Павлович Остапеня Дата рождения: 29 января 1939(1939 01 29) Место рождения: Минск Дата смерти: 25 февраля 2012(2012 02 25) (73 года) … Википедия
Самоочищение поверхностных водоемов
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.
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.
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.