Процеси на самопречистване на природните води. Самопочистващ се

Едно от най-ценните свойства на природните води е способността им да се самопречистват. Самопречистването на водите е възстановяването на техните естествени свойства в реки, езера и други водни тела, протичащи естествено в резултат на взаимосвързани физикохимични, биохимични и други процеси (бурна дифузия, окисление, сорбция, адсорбция и др.). Способността на реките и езерата да се самопочистват е в тясна зависимост от много други природни фактори, по-специално от физико-географските условия, слънчевата радиация, активността на микроорганизмите във водата, влиянието на водната растителност и особено от хидрометеорологичния режим. Най-интензивно самопречистване на водата във водоеми и потоци се извършва в топлия период на годината, когато биологичната активност във водните екосистеми е най-висока. Тече по-бързо по реки с бърз ток и гъсти гъсталаци от тръстика, тръстика и рогоз по бреговете им, особено в лесостепните и степните зони на страната. Пълната смяна на водата в реките отнема средно 16 дни, блатата - 5 години, езерата - 17 години.

Намаляването на концентрацията на неорганични вещества, замърсяващи водните тела, възниква чрез неутрализиране на киселини и алкали поради естественото буфериране на природните води, образуването на слабо разтворими съединения, хидролиза, сорбция и утаяване. Концентрацията на органични вещества и тяхната токсичност се намаляват поради химично и биохимично окисляване. Тези природни методи на самопречистване са отразени в приетите методи за пречистване на замърсени води в промишлеността и селското стопанство.

За поддържане на необходимото естествено качество на водата във водоеми и потоци от голямо значение е разпределението на водната растителност, която играе ролята на своеобразен биофилтър. Високата почистваща сила на водните растения се използва широко в много промишлени предприятия както у нас, така и в чужбина. За това се създават различни изкуствени утаителни резервоари, в които се засажда езерна и блатна растителност, която добре почиства замърсената вода.

През последните години изкуствената аерация е широко разпространена - един от ефективните начини за пречистване на замърсени води, когато процесът на самопречистване рязко намалява при недостиг на разтворен във водата кислород. За целта се монтират специални аератори в резервоари и потоци или в аерационни станции преди изхвърлянето на замърсената вода.

Опазване на водните ресурси от замърсяване.

Опазването на водните ресурси се състои в забрана на изхвърлянето на непречистени води в резервоари и потоци, създаване на зони за защита на водите, насърчаване на процесите на самопречистване във водните тела, поддържане и подобряване на условията за образуване на повърхностен и подземен отток във водосборите.

Преди няколко десетилетия реките, благодарение на своята самопречистваща функция, се справяха с пречистването на водата. Сега, в най-населените райони на страната, в резултат на изграждането на нови градове и промишлени предприятия, местата за използване на вода са разположени толкова гъсто, че често местата за заустване на отпадъчни води и водоприемници са практически наблизо. Поради това разработването и внедряването на ефективни методи за пречистване и последващо третиране на отпадъчни води, пречистване и неутрализиране на чешмяна вода получава все повече и повече внимание. В някои предприятия операциите, свързани с водата, играят все по-важна роля. Особено високи са разходите за водоснабдяване, пречистване и обезвреждане на отпадъчни води в целулозно-хартиената, минната и нефтохимическата промишленост.

Последователното пречистване на отпадъчни води в съвременните предприятия включва първично, механично пречистване (отстраняват се лесно утаяващите се и плаващи вещества) и вторично, биологично (отстраняват се биологично разградимите органични вещества). В този случай се извършва коагулация - за утаяване на суспендирани и колоидни вещества, както и фосфор, адсорбция - за отстраняване на разтворени органични вещества и електролиза - за намаляване на съдържанието на разтворени вещества от органичен и минерален произход. Дезинфекцията на отпадъчните води се извършва чрез тяхното хлориране и озониране. Важен елемент от технологичния процес на почистване е отстраняването и дезинфекцията на образуваната утайка. В някои случаи крайната операция е дестилацията на водата.

Най-модерните съвременни пречиствателни съоръжения осигуряват освобождаването на отпадъчните води от органични замърсявания само с 85-90%, а само в някои случаи - с 95%. Затова и след почистване е необходимо те да се разреждат 6-12 пъти, а често и повече с чиста вода, за да се поддържа нормалното функциониране на водните екосистеми. Факт е, че естественият капацитет на самопочистване на резервоарите и потоците е много малък. Самопречистване има само ако заустваните води са напълно пречистени, а във водоема са разредени с вода в съотношение 1:12-15. Ако обаче големи количества отпадъчни води попаднат в резервоари и водни течения, още повече непречистени, стабилният естествен баланс на водните екосистеми постепенно се губи и нормалното им функциониране се нарушава.

Напоследък са разработени и внедрени все по-ефективни методи за пречистване и последващо третиране на отпадъчни води след тяхното биологично третиране, като се използват най-новите методи за третиране на отпадъчни води: радиация, електрохимични, сорбционни, магнитни и др. области на защита на водите от замърсяване.

Трябва да се използва много по-широко последващото третиране на пречистените отпадъчни води в земеделските напоителни полета. При последващото третиране на отпадъчни води в ZPO не се изразходват средства за тяхното промишлено последващо третиране, създава се възможност за получаване на допълнителни селскостопански продукти, водата се спестява значително, тъй като приемът на прясна вода за напояване се намалява и има няма нужда да харчите вода за разреждане на отпадъчни води. Когато градските отпадъчни води се използват в ZPO, съдържащите се в тях хранителни вещества и микроелементи се усвояват от растенията по-бързо и по-пълно от изкуствените минерални торове.

Предотвратяването на замърсяването на водните тела с пестициди и пестициди също е една от важните задачи. Това налага ускоряване на прилагането на противоерозионни мерки, създаване на пестициди, които да се разграждат за 1-3 седмици, без да се запазват токсични остатъци в културата. До разрешаването на тези проблеми е необходимо да се ограничи земеделското използване на крайбрежните територии покрай водните течения или да не се използват пестициди в тях. Създаването на водозащитни зони също изисква повече внимание.

За опазване на водоизточниците от замърсяване голямо значение има въвеждането на такса за заустване на отпадъчни води, създаването на интегрирани регионални схеми за водопотребление, водоотвеждане и пречистване на отпадъчните води и автоматизирането на контрола на качеството на водата във водоизточниците. Трябва да се отбележи, че интегрираните районни схеми позволяват преминаване към повторно използване и повторно използване на водата, експлоатацията на общи за района пречиствателни съоръжения, както и автоматизиране на процесите на управление на работата на водоснабдяването и канализацията.

За предотвратяване на замърсяването на природните води ролята на опазването на хидросферата е важна, тъй като отрицателните свойства, придобити от хидросферата, не само променят водната екосистема и потискат нейните хидробиологични ресурси, но също така унищожават земните екосистеми, нейните биологични системи, а също и литосферата .

Трябва да се подчертае, че една от радикалните мерки за борба със замърсяването е преодоляването на вкоренената традиция водоемите да се разглеждат като приемници на отпадъчни води. Когато е възможно, водовземането или изхвърлянето на отпадъчни води трябва да се избягва в едни и същи потоци и резервоари.

Опазване на атмосферния въздух и почвата.

Особено защитени природни територии. Опазване на флората и фауната.

ефективна форма опазване на природните екосистеми, както и биотичните общности са специално защитени природни територии. Те ви позволяват да запазите стандарти (проби) от недокоснати биогеоценози и не само в някои екзотични, редки места, но и във всички типични природни зони на Земята.

Да се специално защитени природни територии(SPNA) включва зони от земна или водна повърхност, които поради тяхното екологично и друго значение са напълно или частично изтеглени от стопанска употреба с решения на правителството.

Законът за защитените територии, приет през февруари 1995 г., установи следните категории на тези територии: а) държавни природни резервати, вкл. биосферен; б) национални паркове; в) природни паркове; г) държавни природни резервати; д) природни паметници; е) дендрологични паркове и ботанически градини.

резерва- това е пространство (територия или водна зона), специално защитено от закона, което е напълно изтеглено от нормална стопанска употреба, за да се запази природният комплекс в естественото му състояние. В резерватите са разрешени само научни, охранителни и контролни дейности.

Днес в Русия има 95 природни резервата с обща площ от 310 хиляди квадратни метра. km, което е около 1,5% от цялата територия на Русия. За да се неутрализира техногенното въздействие на прилежащите територии, особено в райони с развита промишленост, около резерватите се създават защитени територии.

Биосферните резервати (БР) изпълняват четири функции: опазване на генетичното разнообразие на нашата планета; провеждане на научни изследвания; проследяване на фоновото състояние на биосферата (мониторинг на околната среда); екологично образование и международно сътрудничество.

Очевидно функциите на БР са по-широки от функциите на всеки друг вид защитени природни територии. Те служат като един вид международни стандарти, стандарти на околната среда.

Сега на Земята е създадена единна глобална мрежа от повече от 300 биосферни резервата (11 в Русия). Всички те работят по съгласуваната програма на ЮНЕСКО, като провеждат постоянен мониторинг на промените в природната среда под въздействието на антропогенната дейност.

национален парк- обширна територия (от няколко хиляди до няколко милиона хектара), която включва както напълно защитени територии, така и територии, предназначени за определени видове стопанска дейност.

Целите на създаването на националните паркове са: 1) екологични (опазване на естествените екосистеми); 2) научни (разработване и прилагане на методи за опазване на природния комплекс в условия на масов прием на посетители) и 3) рекреационни (регулиран туризъм и отдих на хората).

В Русия има 33 национални парка с обща площ от около 66,5 хиляди квадратни метра. км.

Природен парк- територия, която има особена екологична и естетическа стойност и се използва за организиран отдих на населението.

резерва- природен комплекс, който е предназначен за опазване на един или повече видове животни или растения с ограничено използване на други. Има ландшафтни, горски, ихтиологични (рибни), орнитологични (птици) и други видове резервати. Обикновено след възстановяване на гъстотата на популацията на защитени видове животни или растения, резерватът се закрива и се разрешава един или друг вид стопанска дейност. Днес в Русия има повече от 1600 държавни природни резервата с обща площ над 600 хиляди квадратни метра. км.

природен паметник- индивидуални природни обекти, които са уникални и невъзпроизводими, имат научна, естетическа, културна или образователна стойност. Това могат да бъдат много стари дървета, които са били „свидетели“ на някои исторически събития, пещери, скали, водопади и др. В Русия има около 8 хиляди от тях, докато на територията, където се намира паметникът, всяка дейност, която може да ги унищожи е забранено.

Дендрологичните паркове и ботаническите градини са съвкупности от дървета и храсти, създадени от човека с цел както запазване на биологичното разнообразие, така и обогатяване на флората, както и в интерес на науката, обучението и културно-образователната работа. Те често извършват работа, свързана с въвеждането и аклиматизацията на нови растения.

За нарушаване на режима на специално защитени природни територии руското законодателство установява административна и наказателна отговорност. В същото време учените и експертите силно препоръчват значително увеличаване на площта на специално защитените територии. Така например в Съединените щати площта на последния е повече от 7% от територията на страната.

Решаването на екологичните проблеми и следователно перспективите за устойчиво развитие на цивилизацията са до голяма степен свързани с компетентното използване на възобновяеми ресурси и различни функции на екосистемите и тяхното управление. Това направление е най-важният път за достатъчно продължително и относително неизчерпаемо природоползване, съчетано със запазване и поддържане устойчивостта на биосферата, а оттам и на околната среда на човека.

Всеки вид е уникален. Съдържа информация за развитието на флората и фауната, която има голямо научно и приложно значение. Тъй като всички възможности за използване на даден организъм в дългосрочен план често са непредвидими, целият генофонд на нашата планета (с изключение може би на някои патогенни организми, опасни за хората) е обект на строга защита. Необходимостта от опазване на генофонда от гледна точка на концепцията за устойчиво развитие („коеволюция”) е продиктувана не толкова от икономически, колкото от морално-етични съображения. Само човечеството няма да оцелее.

Полезно е да си припомним един от екологичните закони на Б. Комонър: „Природата знае най-добре!“ Доскоро възможностите за използване на генофонда на животни, които бяха непредвидени, сега се демонстрират от биониката, благодарение на която има многобройни подобрения в инженерните структури, основани на изследването на структурата и функциите на органите на дивите животни. Установено е, че някои безгръбначни (мекотели, гъби) имат способността да натрупват голямо количество радиоактивни елементи и пестициди. В резултат на това те могат да бъдат биоиндикатори за замърсяване на околната среда и да помогнат на хората да решат този важен проблем.

Опазване на растителния генофонд.Като неразделна част от общия проблем за опазване на ЗОО, опазването на растителния генофонд е комплекс от мерки за запазване на цялото видово разнообразие от растения - носители на наследственото наследство на производствени или научно или практически ценни свойства.

Известно е, че под влияние на естествения подбор и чрез половото размножаване на индивидите в генофонда на всеки вид или популация се натрупват най-полезните за вида свойства; те са в генни комбинации. Следователно задачите за използване на естествената флора са от голямо значение. Нашите съвременни зърнени, плодови, зеленчукови, ягодоплодни, фуражни, индустриални, декоративни култури, чиито центрове на произход са установени от нашия изключителен сънародник Н.И. Вавилов, водят своята генеалогия или от диви предци, или са творения на науката, но базирани на естествени генни структури. Чрез използването на наследствените свойства на дивите растения са получени напълно нови видове полезни растения. Чрез хибридна селекция са създадени многогодишни житни и зърнено-фуражни хибриди. Според учените около 600 вида диви растения могат да се използват при селекцията на селскостопански култури от флората на Русия.

Опазването на генофонда на растенията се осъществява чрез създаване на резервати, природни паркове, ботанически градини; формиране на генофонд от местни и интродуцирани видове; изучаване на биологията, екологичните потребности и конкурентоспособността на растенията; екологична оценка на местообитанието на растенията, прогнози за бъдещите му промени. Благодарение на резерватите са запазени борове Pitsunda и Eldar, шам фъстък, тис, чемшир, рододендрон, женшен и др.

Опазване на генофонда на животните.Промяната в условията на живот под въздействието на човешката дейност, придружена от пряко преследване и унищожаване на животните, води до обедняване на видовия им състав и намаляване на броя на много видове. През 1600г на планетата е имало приблизително 4230 вида бозайници, до наше време 36 вида са изчезнали, а 120 вида са застрашени от изчезване. От 8684 вида птици 94 са изчезнали, а 187 са застрашени. Ситуацията с подвидовете не е по-добра: от 1600 г. насам са изчезнали 64 подвида бозайници и 164 подвида птици, 223 подвида бозайници и 287 подвида птици са застрашени.

Защита на човешкия генофонд.За това са създадени различни научни направления, като:

1) екотоксикология- клон на токсикологията (наука за отровите), който изучава състава на съставките, характеристиките на разпространение, биологичното действие, активирането, дезактивирането на вредни вещества в околната среда;

2) медицинско генетично консултиранев специални лечебни заведения за определяне на характера и последствията от действието на екотоксикантите върху генетичния апарат на човека с цел раждане на здраво потомство;

3) скрининг- селекция и изследване за мутагенност и канцерогенност на факторите на околната среда (човешката среда).

Патология на околната среда- учението за човешките заболявания, при възникването и развитието на които водеща роля играят неблагоприятните фактори на околната среда в комбинация с други патогенни фактори.

Основни направления на опазване на околната среда.

Регулиране на качеството на околната среда. Опазване на атмосферата, хидросферата, литосферата, биотичните съобщества. Екозащитна техника и технологии.

Самопречистването на водата в резервоарите е съвкупност от взаимосвързани хидродинамични, физикохимични, микробиологични и хидробиологични процеси, водещи до възстановяване на първоначалното състояние на водния обект.

Сред физичните фактори, разреждането, разтварянето и смесването на входящите замърсители е от първостепенно значение. Доброто смесване и намаляване на концентрациите на суспендирани твърди вещества се осигурява от бързото течение на реките. Допринася за самопречистването на водните тела чрез утаяване на дъното на неразтворими утайки, както и утаяване на замърсени води. В зони с умерен климат реката се почиства след 200-300 км от мястото на замърсяване, а в Далечния север - след 2 хиляди км.

Дезинфекцията на водата се извършва под въздействието на ултравиолетовото лъчение от слънцето. Ефектът на дезинфекция се постига чрез директния разрушителен ефект на ултравиолетовите лъчи върху протеиновите колоиди и ензимите на протоплазмата на микробните клетки, както и върху споровите организми и вируси.

От химичните фактори на самопречистването на водните тела трябва да се отбележи окисляването на органични и неорганични вещества. Самопречистването на водно тяло често се оценява по отношение на лесно окисляващите се органични вещества или по отношение на общото съдържание на органични вещества.

Санитарният режим на резервоара се характеризира преди всичко с количеството разтворен в него кислород. Трябва да победи най-малко 4 mg на 1 литър вода по всяко време на годината за резервоари за резервоари от първи и втори тип. Първият тип включва водоеми, използвани за питейна вода на предприятия, вторият - използвани за плуване, спортни мероприятия, както и тези, които се намират в границите на населените места.

Биологичните фактори за самопречистване на резервоара включват водорасли, плесени и дрожди. Въпреки това, фитопланктонът не винаги има положителен ефект върху процесите на самопречистване: в някои случаи масовото развитие на синьо-зелени водорасли в изкуствени водоеми може да се разглежда като процес на самозамърсяване.

Представителите на животинския свят също могат да допринесат за самопречистването на водните тела от бактерии и вируси. По този начин стридите и някои други амеби адсорбират чревни и други вируси. Всяко мекотело филтрира повече от 30 литра вода на ден.

Чистотата на водоемите е немислима без опазването на тяхната растителност. Само въз основа на задълбочено познаване на екологията на всеки резервоар, ефективен контрол върху развитието на различни живи организми, които го обитават, могат да се постигнат положителни резултати, да се осигури прозрачност и висока биологична продуктивност на реките, езерата и резервоарите.

Други фактори също влияят неблагоприятно на процесите на самопречистване на водоемите. Химическото замърсяване на водните тела с промишлени отпадъчни води, биогенни елементи (азот, фосфор и др.) Инхибира естествените окислителни процеси и убива микроорганизмите. Същото се отнася и за заустването на топлинни отпадъчни води от ТЕЦ.

Многоетапен процес, понякога продължаващ дълго време - самопочистване от масло. В естествени условия комплексът от физически процеси на самопречистване на вода от нефт се състои от редица компоненти: изпарение; утаяване на буци, особено тези, претоварени с утайка и прах; адхезия на бучки, суспендирани във водния стълб; плаващи бучки, образуващи филм с включвания на вода и въздух; намаляване на концентрацията на суспендирано и разтворено масло поради утаяване, плаване и смесване с чиста вода. Интензивността на тези процеси зависи от свойствата на определен вид масло (плътност, вискозитет, коефициент на топлинно разширение), наличието на колоиди във водата, суспендирани и увлечени частици планктон и др., температурата на въздуха и слънчевата светлина.

Между компонентите на водната екосистема в процеса на нейното функциониране се осъществява непрекъснат обмен на вещества и енергия. Този обмен има цикличен характер с различна степен на изолация, придружен от трансформация на материята под въздействието на физични, химични и биологични фактори. В хода на трансформацията сложните вещества могат постепенно да се разлагат на прости, а простите вещества могат да се синтезират в сложни. В зависимост от интензивността на външното въздействие върху водната екосистема и естеството на процесите, или водната екосистема се възстановява до фоновите условия (самопречистване), или водната екосистема преминава в друго стабилно състояние, което ще се характеризира с различни количествени и качествени показатели на биотични и абиотични компоненти. Ако външното въздействие надхвърли възможностите за саморегулиране на водната екосистема, тя може да бъде унищожена. Самопречистването на водните екосистеми е следствие от способността за саморегулиране. Приемът на вещества от външни източници е въздействие, на което водната екосистема е в състояние да издържи в определени граници чрез вътрешносистемни механизми. В екологичен смисъл самопречистването е следствие от процесите на включване на вещества, постъпващи във водния обект, в биохимични цикли с участието на биота и фактори на неживата природа. Циркулацията на всеки елемент се състои от два основни фонда - резервен, образуван от голяма маса бавно променящи се компоненти, и обменен (циркулационен) фонд, който се характеризира с бърз обмен между организмите и тяхната среда. Всички биохимични цикли могат да се разделят на два основни типа – с резервен фонд в атмосферата (например азот) и с резервен фонд в земната кора (например фосфор).

Самопречистването на природните води се извършва поради включването на вещества, идващи от външни източници, в непрекъснато протичащи процеси на трансформация, в резултат на което получените вещества се връщат в техния резервен фонд.

118 Екология на града

Трансформацията на веществата е резултат от различни едновременно протичащи процеси, сред които могат да се разграничат физически, химични и биологични механизми. Стойността на приноса на всеки от механизмите зависи от свойствата на примесите и характеристиките на конкретна екосистема.

Физически механизми на самопречистване.Газообмен на границата "атмосфера-вода".Благодарение на този процес вещества, които имат резервен фонд в атмосферата, навлизат във водния обект и връщат тези вещества от водния обект в резервния фонд. Един от важните специални случаи на обмен на газ е процесът атмосферна реаерация,поради което значителна част от кислорода навлиза във водоема. Интензивността и посоката на газообмена се определят от отклонението на концентрацията на газа във водата от концентрацията на насищане С. Концентрацията на насищане зависи от естеството на веществото и физическите условия във водния обект - температура и налягане. При концентрации, по-големи от С, газът излиза в атмосферата, а при концентрации, по-малки от C s ,газът се абсорбира от водната маса.

Сорбция- абсорбция на примеси от суспендирани вещества, дънни утайки и повърхности на телата на хидробионтите. Най-енергично се сорбират колоидните частици и органичните вещества, които са в недисоциирано молекулно състояние. Процесът се основава на явлението адсорбция. Скоростта на натрупване на вещество на единица маса от сорбента е пропорционална на неговата ненаситеност по отношение на даденото вещество и концентрацията на веществото във вода и е обратно пропорционална на съдържанието на веществото в сорбента. Примери за контролирани вещества, подлежащи на сорбция, са тежки метали и повърхностно активни вещества.

Утаяване и ресуспендиране.Водните тела винаги съдържат определено количество суспендирани вещества от неорганичен и органичен произход. Седиментацията се характеризира със способността на суспендираните частици да падат на дъното под действието на гравитацията. Процесът на преминаване на частици от дънни седименти в суспендирано състояние се нарича повторно суспендиране. Възниква под действието на вертикалната компонента на скоростта на турбулентния поток.

Химически механизми на самопречистване.Фотолиза- превръщането на молекулите на дадено вещество под действието на погълнатата от тях светлина. Частни случаи на фотолиза са фотохимичната дисоциация - разпадането на частиците на няколко по-прости и фотойонизацията - превръщането на молекулите в йони. От общото количество слънчева радиация около 1% се използва за фотосинтеза, от 5% до 30% се отразява от водната повърхност. Основната част от слънчевата енергия се превръща в топлина и участва във фотохимични реакции. Най-ефективната част от слънчевата светлина е ултравиолетовата радиация. Ултравиолетовото лъчение се абсорбира във воден слой с дебелина около 10 cm, но поради турбулентно смесване може да проникне и в по-дълбоките слоеве на водните тела. Количеството вещество, подложено на фотолиза, зависи от вида на веществото и неговата концентрация във вода. От веществата, влизащи във водни тела, хумусните вещества са обект на относително бързо фотохимично разлагане.

119

Хидролиза- йонообменна реакция между различни вещества и вода. Хидролизата е един от водещите фактори при химичната трансформация на веществата във водните басейни. Количествената характеристика на този процес е степента на хидролиза, която се разбира като съотношение на хидроролизираната част на молекулите към общата концентрация на сол. За повечето соли той е няколко процента и се увеличава с увеличаване на разреждането и температурата на водата. Органичните вещества също подлежат на хидролиза. В този случай хидролитичното разцепване най-често се осъществява чрез връзката на въглероден атом с други атоми.

Биохимично самопречистванее следствие от трансформацията на веществата, извършвана от хидробионтите. По правило биохимичните механизми имат основен принос в процеса на самопречистване и само когато водните организми са инхибирани (например под въздействието на токсични вещества), физикохимичните процеси започват да играят по-значима роля. Биохимичната трансформация на веществата възниква в резултат на включването им в хранителните мрежи и се извършва по време на процесите на производство и разрушаване.

Първичното производство играе особено важна роля, тъй като определя по-голямата част от вътрешноводните процеси. Основният механизъм на новообразуване на органична материя е фотосинтезата. В повечето водни екосистеми фитопланктонът е основен първичен производител. В процеса на фотосинтеза енергията на Слънцето директно се трансформира в биомаса. Страничен продукт от тази реакция е свободният кислород, образуван при фотолизата на водата. Наред с фотосинтезата в растенията протичат процеси на дишане с консумация на кислород.

Автотрофното производство и хетеротрофното унищожаване са двата най-важни аспекта на трансформацията на материята и енергията във водните екосистеми. Естеството и интензивността на производствено-разрушителните процеси и следователно механизмът на биохимично самопречистване се определят от структурата на определена екосистема. Следователно те могат да варират значително в различните водни тела. Освен това в рамките на едно и също водно тяло има различни зони на живот (екологични зони), които се различават по общности от организми, които ги обитават. Тези различия се дължат на промяна в условията на съществуване при прехода от повърхността към дълбочината и от крайбрежните зони към откритите части.

Във водните течения, поради интензивното смесване и малките дълбочини, вертикалната зоналност не е ясно изразена. Според жизнения участък на потока се разграничават рипал - брегова зона и медиален - открита зона, съответстваща на ядрото на реката. Рипали се характеризира с ниски дебити, гъсталаци от макрофити и високи стойности на количественото развитие на хидробионтите. В медиалната скоростта на движение на водата е по-висока, количественото развитие на хидробионтите е по-ниско. Според надлъжния профил се разграничават зони на протежения и зони на разломи. В зоната на простиранията, характеризиращи се с бавно течение, населението е количествено по-богато, но качествено по-бедно. За кифличките е типично обратното.

120 Екология на града

Комплекси от екологични условия оказват влияние върху процесите на самопречистване във водните течения. Бавните течения се характеризират с благоприятни условия за фотосинтеза, интензивни процеси на трансформация на веществата и процеси на утаяване. Зоните с повишени скорости се характеризират с интензивни процеси на смесване, газообмен и разрушаване на веществата.

В резервоарите екологичното зониране е по-изразено, отколкото във водните течения. В резервоарите по хоризонталния профил се разграничават крайбрежието - зоната на крайбрежните плитки води и пелагиалната (лимнична зона) - зоната на откритите води. В дълбоките водоеми във водната маса на пелагиала се разграничават три вертикални зони - епилимнион, металимнион и хиполимнион. Металимнионът или термоклинът е зоната, разделяща епилимниона от хиполимниона. Характеризира се с рязко понижаване на температурата на водата (1 градус на 1 m дълбочина). Над металимниона е епилимнионът. Епилимнионът се характеризира с преобладаване на производствените процеси. С увеличаване на дълбочината, тъй като фотосинтетично активното излъчване (PAR) намалява, интензивността на фотосинтезата намалява. Дълбочината, на която производството става равно на унищожаването, се нарича компенсационен хоризонт. Над нея е трофогенната зона, където преобладават продукционните процеси, а под нея е трофолитичната зона, където преобладават процесите на дишане и разлагане. Трофогенната зона е разположена в епилимниона, докато трофолитичната зона, като правило, обхваща металимниона и хиполимниона.

В придънната зона на резервоарите, в допълнение към литорала, се разграничава профундал - дълбоководна част, приблизително съвпадаща с частта от коритото на резервоара, изпълнена с хиполимнионови води.

По този начин в резервоарите е възможно да се разграничат зони с преобладаващо фотосинтетично производство и зони, където се извършват само процесите на разрушаване на веществата. В хиполимниона, особено през зимата и лятото, често се наблюдават анаеробни условия, което намалява интензивността на процесите на самопречистване. Напротив, в крайбрежието температурният и кислородният режими са благоприятни за интензивни процеси на самопречистване.

еутрофикация,което се разбира като хиперпродукция на органична материя във водно тяло под въздействието на външни (алохтонни) и вътрешноводни (автохтонни) фактори, е един от сериозните екологични проблеми, пред които са изправени почти всички развити страни. Почти всички водоеми са обект на еутрофия, но тя е най-силно изразена във водните тела. Еутрофикацията на водните тела е естествен процес, неговото развитие се оценява от геоложката времева скала. В резултат на антропогенно внасяне на биогенни вещества във водните обекти се наблюдава рязко ускоряване на еутрофикацията. Резултатът от този процес, наречен антропогенна еутрофикация, е намаляване на времевата скала на еутрофикация от хиляди години до десетилетия. Процесите на еутрофикация са особено интензивни в градските райони, което ги прави една от най-характерните черти, присъщи на градските водоеми.

Раздел 3. Водна среда на града

Трофичността на водното тяло съответства на нивото на внасяне на органична материя или нивото на нейното производство за единица време и по този начин е израз на комбинираното действие на органичната материя, образувана по време на фотосинтезата и доставяна отвън. Според степента на трофност се разграничават два крайни типа водни тела - олиготрофни и еутрофни. Основните разлики между тези два вида водни тела са дадени в раздел. 3.14.

Таблица 3.14. Характеристики на олиготрофни и еутрофни водоеми

	Състоянието на резервоара
Hapaktvpistika
	олиготрофен	еутрофен
Физико-химични характеристики
Концентрация на разтворен кислород	Високо	ниско
в хиполимниона
Концентрация на хранителни вещества	ниско	Високо
Концентрация на суспендирани вещества	ниско	Високо
проникване на светлина	добре	лошо
Дълбочина	Голям	малък
Биологични характеристики
Производителност	ниско	Високо
Разнообразие от видове хидробионти	малък	голям
Фитопланктон:
биомаса	малък	Голям
дневни миграции	Интензивен	Ограничен
разцвет	редки	Често срещан
характерни групи	диатомеи,	Зелено, синьо
	зелени водорасли	зелени водорасли

Основният механизъм на естествения процес на еутрофикация е затлачването на водните тела. Антропогенната еутрофикация възниква в резултат на прекомерно количество биогенни елементи, навлизащи във водата в резултат на стопанска дейност. Високото съдържание на хранителни вещества стимулира автотрофната хиперпродукция на органична материя. Резултатът от този процес е цъфтежът на водата поради прекомерното развитие на ал-гофлора. Сред биогенните елементи, влизащи във водата, азотът и фосфорът имат най-голямо влияние върху процесите на еутрофикация, тъй като тяхното съдържание и съотношение регулира скоростта на първичното производство. Останалите биогенни елементи, като правило, се съдържат във водата в достатъчни количества и не влияят на процесите на еутрофикация. За езерата ограничаващ елемент най-често е фосфорът, а за водните течения азотът.

Отнасянето на водно тяло към определено ниво на трофност се извършва в зависимост от вноса на органично вещество. Тъй като посочените

Екология на града

Трудно е да се контролира параметърът на практика; други характеристики на водната екосистема, тясно свързани с трофичното състояние на резервоара, се използват като индикатори за трофичното ниво. Тези характеристики се наричат ​​индикатори. Най-често в съвременната практика индикаторите се използват като индикатори за внасянето на биогенни вещества, концентрацията на биогенни вещества във водоем, скоростта на изчерпване на кислорода в хиполимниона, прозрачността на водата и биомасата на фитопланктона. Фитопланктонът е основният първичен производител в повечето водни екосистеми. Следователно екологичното състояние на повечето водни басейни се определя от фитопланктона и зависи от редица физични, химични и биологични фактори на средата.

Физични фактори на еутрофикация.Осветеност.Зависимостта на първичното производство от осветеността е показана в ориз. 3.18.Проникването на светлина във водния стълб се определя от редица фактори. Падащата светлина се абсорбира от самата вода и цветните вещества, разтворени в нея, и се разсейва от суспендираните вещества във водата. Дълбочината, на която осветеността е 5% от осветеността на повърхността, се нарича евфотичен хоризонт. Над евфотичния хоризонт е евфотичната зона. Промяната в първичната продукция в дълбочина зависи от промяната в осветеността. През летните месеци е възможно изместване на максималната продуктивност в дълбочина. Това се обяснява с прекомерното осветяване на повърхността, което води до инхибиране на фитопланктона, в резултат на което най-добрите условия за неговото съществуване се създават в по-дълбоките слоеве.

температуравлияе върху физическите и биологичните процеси на еутрофикация. Той определя степента на насищане на водата с кислород, температурният профил влияе върху интензивността на вертикалната турбулентност и по този начин влияе върху преноса на хранителни вещества от придънните зони към епилимниона. Температурата също влияе върху стойността на първичната продукция (фиг. 3.19).Стойността на оптималната температура варира в зависимост от вида на организмите, но в повечето случаи е в диапазона 20-25 ° C.

Екологичното състояние на водните тела до голяма степен е свързано с процесите на самопречистване - естествен резерв за възстановяване на първоначалните свойства и състав на водите.
Основните процеси на самопочистване водят до:

• превръщане (трансформация) на замърсители в безвредни или по-малко вредни вещества в резултат на химично и особено биохимично окисляване;
• относително пречистване - прехвърлянето на замърсители от водния стълб към дънните утайки, които в бъдеще могат да служат като източник на вторично замърсяване на водата;
• отстраняване на замърсители извън водното тяло в резултат на изпарение, отделяне на газове от водния стълб или вятърно отстраняване на пяна.

Най-голяма роля в процеса на самопречистване на водата играе трансформацията на замърсителите. Той обхваща неконсервативни замърсители, чиято концентрация се променя в резултат на химични, биохимични и физични процеси във водните тела. Неконсервативните са предимно органични и биогенни вещества. Интензивността на окисление на трансформируем замърсител зависи преди всичко от свойствата на това вещество, температурата на водата и условията за доставка на кислород във водното тяло.

Температурните условия могат да бъдат оценени от средната температура на водата за три летни месеца, което адекватно отразява условията за целия топъл период (температурата на водата в реките на Русия през зимните месеци остава почти същата, близо до 0 ° C). По този показател реките и водоемите се разделят на три групи: с температура под 15°C, от 15 до 20°C и над 20°C.

Условията за снабдяване с кислород се определят основно от интензивността на смесване на водата и продължителността, която е в доста тясна връзка с лятото.

Интензивността на смесване на водата в реките се оценява приблизително в зависимост от естеството на терена, през който те протичат, а за езерата и резервоарите - чрез коефициента на плитка вода g, в зависимост от площта на водната повърхност и средната дълбочина на резервоара. Според тези критерии реките и водоемите се разделят на 4 групи: със силно, значително, умерено и слабо смесване. Според комбинацията от температура и условия на смесване се разграничават 4 категории условия за трансформация на замърсители в повърхностните води: благоприятни, средни, неблагоприятни и изключително неблагоприятни. Оценката на самопречистването на водата по тези показатели е неприемлива нито за най-големите трансзонални реки (Волга, Енисей, Лена и др.), Нито за малки реки (с площ на басейна по-малка от 500–1000 km2), тъй като температурата на водата в тях и условията на смесване са много различни от фоновите стойности.

Важна роля в самопречистването на водите играе и физическият процес на разреждане на съдържанието на замърсители, концентрацията на които в речната вода намалява с увеличаване на водния поток в реката. Ролята на разреждането е не само да намали концентрацията на замърсители, но и да намали вероятността от отравяне (токсикоза) на водни организми, отговорни за биохимичното разграждане на замърсителите. Показател за условията за разреждане на замърсителите е средногодишният отток на река, а за язовир - общият отток на вливащите се в него притоци. По този показател всички реки и водоеми са разделени на 6 групи (с воден поток от под 100 до над 10 000 m3/s). Чрез комбиниране на двете най-важни условия - трансформацията на замърсителите и водния поток - може приблизително да се оценят условията за самопречистване на повърхностните води от замърсители и да се обединят в 5 категории: от "най-благоприятни" до "изключително неблагоприятни". Условията на самопречистване, като се вземе предвид разреждането за трансзонални реки, се изчисляват индивидуално за отделните участъци на всяка река. Горните течения на средните и големите реки, характеризиращи се със слаб капацитет на разреждане, се категоризират като реки с "изключително неблагоприятни" условия на самопречистване.
Съществуват определени пространствени закономерности в условията за трансформация на замърсители в повърхностните води на Русия. По този начин водни обекти с "изключително неблагоприятни" условия се намират в ниско разположени тундрови и лесотундрови райони. Всички дълбоководни езера (Ладога, Онега, Байкал и др.) И резервоари с особено бавен водообмен принадлежат към същата група. А териториите с „благоприятни“ условия за трансформация са ограничени до Средноруските и Волжските възвишения, подножието на Северен Кавказ.

Като се вземе предвид разреждането на замърсяването, повечето средни и почти всички малки реки в Русия се характеризират с "изключително неблагоприятни" условия за самопречистване. „Най-благоприятните“ условия за самопречистване се характеризират с участъци от реките Об, Енисей, Лена и Амур, попадащи в най-високата категория водност (повече от 10 000 m3 / s) при температура на водата в средния диапазон ( 15–20°C), както и долното течение на Волга с температури над 20°C. Същата категория условия имат резервоари: Волгоградское, Цимлянское, Нижнекамское.

Анализът на териториалната разлика в условията на самопречистване на реките и резервоарите позволява приблизително да се оцени степента на опасност от тяхното замърсяване от навлизането на замърсители. Това от своя страна може да послужи като основа за определяне на нивото на ограничения върху заустванията на отпадъчни води в градовете и разработване на препоръки относно размера на намаляването на разпръснатото изпускане на замърсители в повърхностните води.

Отрицателните природни фактори включват наличието на стръмни склонове и наводнени площи, които са неустойчиви на допълнително техногенно натоварване. Отрицателните техногенни фактори трябва да се считат за голямо замърсяване на територията в някои райони, въздействието на замърсени и недостатъчно пречистени отпадъчни води от жилищни райони, промишлени зони и предприятия, които влияят върху качеството на водните тела. Следователно състоянието на водните тела не отговаря на изискванията за културни и битови обекти. В допълнение, наднорменото замърсяване на атмосферния въздух по магистралите е характерно за почти цялата територия.

II. Водните тела, като природни и природно-техногенни елементи на ландшафтно-геохимични системи, в повечето случаи са крайната връзка в натрупването на оттока на повечето подвижни техногенни вещества. В ландшафтно-геохимичните системи веществата се пренасят от по-високи нива към по-ниски хипсометрични нива с повърхностен и подземен отток и обратно (от по-ниски към по-високи нива) - от атмосферни потоци и само в някои случаи от потоци на жива материя (напр. по време на масово напускане на резервоари на насекоми след завършване на ларвния стадий на развитие, преминаване във водата и др.).

Елементите на ландшафта, представляващи първоначалните, най-високо разположени връзки (заемащи например местни вододелни повърхности), са геохимично автономни и навлизането на замърсители в тях е ограничено, с изключение на навлизането им от атмосферата. Елементите на ландшафта, които образуват долните етапи на геохимичната система (разположени по склоновете и в релефните понижения), са геохимично подчинени или хетерономни елементи, които заедно с притока на замърсители от атмосферата получават част от замърсителите, идващи с повърхността и земята. води от по-високо разположени ландшафтни връзки -геохимична каскада. В тази връзка замърсителите, образувани във водосборния басейн поради миграцията в естествената среда, рано или късно навлизат във водни тела главно с повърхностен и подземен отток, като постепенно се натрупват в тях.

5 Основни процеси на самопречистване на водата във воден обект

Самопречистването на водата в резервоарите е съвкупност от взаимосвързани хидродинамични, физикохимични, микробиологични и хидробиологични процеси, водещи до възстановяване на първоначалното състояние на водния обект.

Сред физичните фактори, разреждането, разтварянето и смесването на входящите замърсители е от първостепенно значение. Доброто смесване и намаляване на концентрациите на суспендирани твърди вещества се осигурява от бързото течение на реките. Допринася за самопречистването на водните тела чрез утаяване на дъното на неразтворими утайки, както и утаяване на замърсени води. В райони с умерен климат реката се самопочиства след 200-300 км от мястото на замърсяване, а в Далечния север - след 2 хиляди км.

Дезинфекцията на водата се извършва под въздействието на ултравиолетовото лъчение от слънцето. Ефектът на дезинфекция се постига чрез директния разрушителен ефект на ултравиолетовите лъчи върху протеиновите колоиди и ензимите на протоплазмата на микробните клетки, както и върху споровите организми и вируси.

От химичните фактори на самопречистването на водните тела трябва да се отбележи окисляването на органични и неорганични вещества. Самопречистването на водно тяло често се оценява по отношение на лесно окисляващите се органични вещества или по отношение на общото съдържание на органични вещества.

Санитарният режим на резервоара се характеризира преди всичко с количеството разтворен в него кислород. Трябва да победи най-малко 4 mg на 1 литър вода по всяко време на годината за резервоари за резервоари от първи и втори тип. Първият тип включва водоеми, използвани за питейна вода на предприятия, вторият - използвани за плуване, спортни мероприятия, както и тези, които се намират в границите на населените места.

Биологичните фактори за самопречистване на резервоара включват водорасли, плесени и дрожди. Въпреки това, фитопланктонът не винаги има положителен ефект върху процесите на самопречистване: в някои случаи масовото развитие на синьо-зелени водорасли в изкуствени водоеми може да се разглежда като процес на самозамърсяване.

Представителите на животинския свят също могат да допринесат за самопречистването на водните тела от бактерии и вируси. По този начин стридите и някои други амеби адсорбират чревни и други вируси. Всяко мекотело филтрира повече от 30 литра вода на ден.

Чистотата на водоемите е немислима без опазването на тяхната растителност. Само въз основа на задълбочено познаване на екологията на всеки резервоар, ефективен контрол върху развитието на различни живи организми, които го обитават, могат да се постигнат положителни резултати, да се осигури прозрачност и висока биологична продуктивност на реките, езерата и резервоарите.

Други фактори също влияят неблагоприятно на процесите на самопречистване на водоемите. Химическото замърсяване на водните тела с промишлени отпадъчни води, биогенни елементи (азот, фосфор и др.) Инхибира естествените окислителни процеси и убива микроорганизмите. Същото се отнася и за заустването на топлинни отпадъчни води от ТЕЦ.

Многоетапен процес, понякога продължаващ дълго време - самопочистване от масло. В естествени условия комплексът от физически процеси на самопречистване на вода от нефт се състои от редица компоненти: изпарение; утаяване на буци, особено тези, претоварени с утайка и прах; адхезия на бучки, суспендирани във водния стълб; плаващи бучки, образуващи филм с включвания на вода и въздух; намаляване на концентрацията на суспендирано и разтворено масло поради утаяване, плаване и смесване с чиста вода. Интензивността на тези процеси зависи от свойствата на определен вид масло (плътност, вискозитет, коефициент на топлинно разширение), наличието на колоиди във водата, суспендирани и увлечени частици планктон и др., температурата на въздуха и слънчевата светлина.

6 Мерки за интензифициране на процесите на самопречистване на водния обект

Самопречистването на водата е незаменима връзка от кръговрата на водата в природата. Замърсяването от всякакъв вид по време на самопречистването на водните тела в крайна сметка се оказва концентрирано под формата на отпадъчни продукти и мъртви тела на микроорганизми, растения и животни, които се хранят с тях, които се натрупват в масата на тиня на дъното. Водните обекти, в които естествената среда вече не може да се справи с постъпващите замърсители, деградират и това се дължи главно на промени в състава на биотата и смущения в хранителните вериги, предимно на микробната популация на водното тяло. Процесите на самопречистване в такива водоеми са минимални или напълно спират.

Подобни промени могат да бъдат спрени само чрез целенасочено въздействие върху факторите, които допринасят за намаляване на образуването на обеми отпадъци и намаляване на емисиите на замърсяване.

Поставената задача може да бъде решена само чрез прилагане на система от организационни мерки и инженерни и мелиоративни дейности, насочени към възстановяване на естествената среда на водните тела.

При възстановяването на водните тела е препоръчително да се започне прилагането на система от организационни мерки и инженерни и мелиоративни работи с подреждането на водосбора и след това да се извърши почистването на водния обект, последвано от подреждането на крайбрежните и заливните територии. .

Основната цел на провежданите мерки за опазване на околната среда и инженерно-рекултивационни работи във водосбора е намаляване на образуването на отпадъци и предотвратяване на нерегламентирано изпускане на замърсители върху релефа на водосбора, за което се изпълняват следните мерки: въвеждане на система за нормиране на образуването на отпадъци; организация на екологичния контрол в системата за управление на отпадъците от производство и потребление; извършване на инвентаризация на съоръжения и места за отпадъци от производство и потребление; рекултивация на нарушени земи и тяхното подреждане; затягане на таксите за неразрешено изпускане на замърсители върху терена; въвеждане на малоотпадни и безотпадни технологии и системи за рециклиране на водата.

Мерките за опазване на околната среда и работите, извършвани в крайбрежните и заливните райони, включват работи по изравняване на повърхността, изравняване или терасиране на склонове; изграждане на хидротехнически и рекреационни съоръжения, укрепване на бреговете и възстановяване на стабилна тревна и дървесна и храстова растителност, които впоследствие предотвратяват ерозионните процеси. Работите по озеленяване се извършват за възстановяване на естествения комплекс на водното тяло и прехвърляне на по-голямата част от повърхностния отток към подземния хоризонт, за да се почисти, като се използват скалите на крайбрежната зона и заливните земи като хидрохимична бариера.

Бреговете на много водоеми са осеяни, а водите са замърсени с химикали, тежки метали, нефтопродукти, плаващи отломки, а някои от тях са еутрофизирани и затлачени. Невъзможно е да се стабилизират или активират процеси на самопречистване в такива водоеми без специална инженерна и мелиоративна намеса.

Целта на извършването на инженерни и рекултивационни мерки и работи по опазване на околната среда е да се създадат условия във водните обекти, които осигуряват ефективното функциониране на различни съоръжения за пречистване на водите, както и да се извършат работи за премахване или намаляване на отрицателното въздействие на източниците на замърсители от двата канала. и произход на канала.