Procesy samooczyszczania wód naturalnych. Samo czyszczący

Jedną z najcenniejszych właściwości wód naturalnych jest ich zdolność do samooczyszczania. Samooczyszczanie wód to przywracanie ich naturalnych właściwości w rzekach, jeziorach i innych zbiornikach wodnych, zachodzących naturalnie w wyniku powiązanych ze sobą procesów fizykochemicznych, biochemicznych i innych (turbulentna dyfuzja, utlenianie, sorpcja, adsorpcja itp.). Zdolność rzek i jezior do samooczyszczania jest ściśle uzależniona od wielu innych czynników naturalnych, w szczególności warunków fizyczno-geograficznych, promieniowania słonecznego, aktywności mikroorganizmów w wodzie, wpływu roślinności wodnej, a zwłaszcza reżimu hydrometeorologicznego. Najintensywniejsze samooczyszczanie wód w zbiornikach i potokach odbywa się w ciepłym okresie roku, kiedy aktywność biologiczna w ekosystemach wodnych jest największa. Szybciej płynie na rzekach o wartkim nurcie i gęstych zaroślach trzciny, trzciny i pałki wzdłuż ich brzegów, zwłaszcza w strefach leśno-stepowych i stepowych kraju. Całkowita zmiana wody w rzekach trwa średnio 16 dni, bagnach - 5 lat, jeziorach - 17 lat.

Zmniejszenie stężenia substancji nieorganicznych zanieczyszczających zbiorniki wodne następuje poprzez neutralizację kwasów i zasad w wyniku naturalnego buforowania wód naturalnych, tworzenia związków trudno rozpuszczalnych, hydrolizy, sorpcji i sedymentacji. Stężenie substancji organicznych i ich toksyczność zmniejszają się w wyniku utleniania chemicznego i biochemicznego. Te naturalne metody samooczyszczania znajdują odzwierciedlenie w przyjętych metodach oczyszczania zanieczyszczonych wód w przemyśle i rolnictwie.

Dla utrzymania niezbędnej naturalnej jakości wód w zbiornikach i strumieniach duże znaczenie ma rozmieszczenie roślinności wodnej, która pełni rolę swoistego biofiltra. Wysoka moc oczyszczająca roślin wodnych znajduje szerokie zastosowanie w wielu zakładach przemysłowych zarówno w kraju, jak i za granicą. W tym celu tworzone są różne sztuczne zbiorniki sedymentacyjne, w których sadzi się roślinność jeziorną i bagienną, która dobrze oczyszcza zanieczyszczoną wodę.

W ostatnich latach rozpowszechniło się sztuczne napowietrzanie - jeden ze skutecznych sposobów oczyszczania zanieczyszczonych wód, gdy proces samooczyszczania jest znacznie zmniejszony, gdy brakuje tlenu rozpuszczonego w wodzie. W tym celu instaluje się specjalne napowietrzacze w zbiornikach i strumieniach lub na stacjach napowietrzania przed zrzutem zanieczyszczonej wody.

Ochrona zasobów wodnych przed zanieczyszczeniem.

Ochrona zasobów wodnych polega na zakazie odprowadzania nieoczyszczonych wód do zbiorników i potoków, tworzeniu stref ochrony wód, promowaniu procesów samooczyszczania w jednolitych częściach wód, utrzymywaniu i poprawie warunków powstawania spływu wód powierzchniowych i podziemnych w zlewniach.

Kilkadziesiąt lat temu rzeki dzięki swojej funkcji samooczyszczania radziły sobie z oczyszczaniem wody. Obecnie na najbardziej zaludnionych obszarach kraju, w wyniku budowy nowych miast i zakładów przemysłowych, miejsca poboru wody są tak gęsto rozmieszczone, że często miejsca zrzutu ścieków i ujęcia wody znajdują się praktycznie w pobliżu. Dlatego coraz więcej uwagi poświęca się opracowaniu i wdrażaniu skutecznych metod oczyszczania i doczyszczania ścieków, oczyszczania i unieszkodliwiania wody wodociągowej. W niektórych przedsiębiorstwach operacje związane z wodą odgrywają coraz ważniejszą rolę. Szczególnie wysokie są koszty zaopatrzenia w wodę, oczyszczania i odprowadzania ścieków w przemyśle celulozowo-papierniczym, wydobywczym i petrochemicznym.

Sekwencyjne oczyszczanie ścieków w nowoczesnych przedsiębiorstwach polega na oczyszczaniu pierwotnym, mechanicznym (usuwane są substancje łatwo sedymentujące i pływające) oraz wtórnym, biologicznym (usuwane są substancje organiczne ulegające rozkładowi biologicznemu). W tym przypadku przeprowadza się koagulację - w celu wytrącenia substancji zawieszonych i koloidalnych oraz fosforu, adsorpcję - w celu usunięcia rozpuszczonych substancji organicznych oraz elektrolizę - w celu zmniejszenia zawartości rozpuszczonych substancji pochodzenia organicznego i mineralnego. Dezynfekcja ścieków odbywa się poprzez ich chlorowanie i ozonowanie. Ważnym elementem technologicznego procesu oczyszczania jest usuwanie i dezynfekcja powstałego osadu. W niektórych przypadkach ostatnią operacją jest destylacja wody.

Najbardziej zaawansowane nowoczesne oczyszczalnie zapewniają uwalnianie ścieków z zanieczyszczeń organicznych tylko o 85-90%, a tylko w niektórych przypadkach - o 95%. Dlatego nawet po oczyszczeniu konieczne jest rozcieńczenie ich 6-12-krotnie, a często nawet więcej czystą wodą, aby utrzymać normalne funkcjonowanie ekosystemów wodnych. Faktem jest, że naturalna zdolność samooczyszczania zbiorników i strumieni jest bardzo mała. Samooczyszczanie występuje tylko wtedy, gdy odprowadzane wody zostały całkowicie oczyszczone, aw zbiorniku zostały rozcieńczone wodą w stosunku 1:12-15. Jeżeli jednak do zbiorników i cieków przedostaną się duże ilości ścieków, a tym bardziej nieoczyszczone, stabilna naturalna równowaga ekosystemów wodnych zostaje stopniowo zaburzona, a ich normalne funkcjonowanie zostaje zakłócone.

W ostatnim czasie opracowuje się i wdraża coraz skuteczniejsze metody oczyszczania i doczyszczania ścieków po ich biologicznym oczyszczeniu z wykorzystaniem najnowszych metod oczyszczania ścieków: radiacyjnych, elektrochemicznych, sorpcyjnych, magnetycznych itp. obszarów ochrony wód przed zanieczyszczeniem.

Znacznie szerzej powinno się wykorzystywać doczyszczanie oczyszczonych ścieków na rolniczych polach nawadniających. W doczyszczaniu ścieków w ZPO nie są wydawane środki na ich doczyszczanie przemysłowe, stwarza to możliwość otrzymania dodatkowych produktów rolnych, znacznie oszczędza się wodę, gdyż zmniejsza się pobór świeżej wody do nawadniania i nie trzeba wydawać wody na rozcieńczanie ścieków. W przypadku wykorzystania ścieków komunalnych w ZPO zawarte w nich substancje odżywcze i mikroelementy są wchłaniane przez rośliny szybciej i pełniej niż sztuczne nawozy mineralne.

Jednym z ważnych zadań jest również zapobieganie zanieczyszczeniu zbiorników wodnych pestycydami i pestycydami. Wymaga to przyspieszenia wdrażania środków przeciwerozyjnych, tworzenia pestycydów, które rozkładałyby się w ciągu 1-3 tygodni bez zachowania toksycznych pozostałości w kulturze. Do czasu rozwiązania tych problemów konieczne jest ograniczenie rolniczego użytkowania terenów przybrzeżnych wzdłuż cieków wodnych lub niestosowanie na nich pestycydów. Większej uwagi wymaga również tworzenie stref ochrony wód.

W ochronie źródeł wody przed zanieczyszczeniem duże znaczenie ma wprowadzenie opłaty za odprowadzanie ścieków, tworzenie zintegrowanych regionalnych systemów zużycia wody, odprowadzania wody i oczyszczania ścieków oraz automatyzacja kontroli jakości wody w źródłach. Należy zauważyć, że zintegrowane systemy gminne umożliwiają przestawienie się na ponowne wykorzystanie i wykorzystanie wody, obsługę wspólnych dla gminy oczyszczalni ścieków, a także automatyzację procesów zarządzania eksploatacją wodociągów i kanalizacji.

W zapobieganiu zanieczyszczeniu wód naturalnych ważna jest rola ochrony hydrosfery, gdyż negatywne właściwości nabyte przez hydrosferę nie tylko modyfikują ekosystem wodny i uszczuplają jego zasoby hydrobiologiczne, ale także niszczą ekosystemy lądowe, ich systemy biologiczne, a także litosferę .

Należy podkreślić, że jednym z radykalnych działań w walce z zanieczyszczeniami jest przełamywanie zakorzenionej tradycji traktowania zbiorników wodnych jako odbiorników ścieków. Tam, gdzie to możliwe, należy unikać poboru wody lub odprowadzania ścieków w tych samych strumieniach i zbiornikach.

Ochrona powietrza atmosferycznego i gleby.

Specjalnie chronione obszary przyrodnicze. Ochrona flory i fauny.

efektowna forma ochrona naturalnych ekosystemów, a także społeczności biotyczne specjalnie chronione obszary przyrodnicze. Pozwalają zachować wzorce (próbki) nietkniętych biogeocenoz i to nie tylko w niektórych egzotycznych, rzadkich miejscach, ale także we wszystkich typowych strefach przyrodniczych Ziemi.

DO specjalnie chronione obszary przyrodnicze(SPNA) obejmuje obszary lądu lub powierzchni wody, które ze względu na swoje znaczenie dla środowiska lub inne są całkowicie lub częściowo wycofane z użytkowania gospodarczego decyzjami Rządu.

Uchwalona w lutym 1995 r. ustawa o obszarach chronionych ustanowiła następujące kategorie tych terytoriów: a) państwowe rezerwaty przyrody, m.in. biosferyczny; b) parki narodowe; c) parki naturalne; d) państwowe rezerwaty przyrody; e) pomniki przyrody; f) parki dendrologiczne i ogrody botaniczne.

rezerwa- jest to przestrzeń (teren lub obszar wodny) szczególnie prawnie chroniona, która jest całkowicie wyłączona z normalnego użytkowania gospodarczego w celu zachowania zespołu przyrodniczego w stanie naturalnym. W rezerwatach dozwolona jest wyłącznie działalność naukowa, zabezpieczająca i kontrolna.

Dziś w Rosji znajduje się 95 rezerwatów przyrody o łącznej powierzchni 310 tysięcy metrów kwadratowych. km, co stanowi około 1,5% całego terytorium Rosji. W celu zneutralizowania technogenicznego oddziaływania terenów przyległych, zwłaszcza na terenach z rozwiniętym przemysłem, wokół rezerwatów tworzone są obszary chronione.

Rezerwaty Biosfery (BR) pełnią cztery funkcje: zachowanie różnorodności genetycznej naszej planety; prowadzenie badań naukowych; śledzenie stanu tła biosfery (monitoring środowiskowy); edukacja ekologiczna i współpraca międzynarodowa.

Oczywiście funkcje RB są szersze niż funkcje jakiegokolwiek innego typu chronionych obszarów przyrodniczych. Służą one jako rodzaj międzynarodowych standardów, standardów środowiska.

Ujednolicona globalna sieć ponad 300 rezerwatów biosfery została utworzona na Ziemi (11 w Rosji). Wszystkie działają zgodnie ze skoordynowanym programem UNESCO, prowadząc stały monitoring zmian w środowisku naturalnym pod wpływem działalności antropogenicznej.

Park Narodowy- rozległy obszar (od kilku tysięcy do kilku milionów hektarów), na który składają się zarówno obszary w pełni chronione, jak i tereny przeznaczone pod określone rodzaje działalności gospodarczej.

Cele tworzenia parków narodowych to: 1) środowiskowe (zachowanie naturalnych ekosystemów); 2) naukowym (opracowanie i wdrożenie metod zachowania kompleksu przyrodniczego w warunkach masowego napływu zwiedzających) oraz 3) rekreacyjnym (turystyka i rekreacja regulowana dla ludzi).

W Rosji są 33 parki narodowe o łącznej powierzchni około 66,5 tysiąca metrów kwadratowych. km.

Naturalny park- terytorium o szczególnych walorach ekologicznych i estetycznych, wykorzystywane do zorganizowanej rekreacji ludności.

rezerwa- naturalny kompleks, który jest przeznaczony do ochrony jednego lub więcej gatunków zwierząt lub roślin z ograniczonym wykorzystaniem innych. Występują rezerwaty krajobrazowe, leśne, ichtiologiczne (ryby), ornitologiczne (ptaki) i inne. Zwykle po przywróceniu zagęszczenia populacji chronionych gatunków zwierząt lub roślin rezerwat jest zamykany i dozwolony jest taki lub inny rodzaj działalności gospodarczej. Obecnie w Rosji istnieje ponad 1600 państwowych rezerwatów przyrody o łącznej powierzchni ponad 600 000 metrów kwadratowych. km.

pomnik przyrody- pojedyncze obiekty przyrodnicze, które są niepowtarzalne i nie do odtworzenia, posiadające wartość naukową, estetyczną, kulturową lub edukacyjną. Mogą to być bardzo stare drzewa, które były „świadkami” niektórych wydarzeń historycznych, jaskinie, skały, wodospady itp. W Rosji jest ich około 8 tysięcy, natomiast na terenie, na którym znajduje się pomnik, wszelka działalność mogąca je zniszczyć jest zabronione.

Parki dendrologiczne i ogrody botaniczne to kolekcje drzew i krzewów stworzone przez człowieka zarówno w celu zachowania różnorodności biologicznej i wzbogacenia flory, jak iw interesie nauki, badań, pracy kulturalno-oświatowej. Często wykonują prace związane z wprowadzaniem i aklimatyzacją nowych roślin.

Za naruszenie reżimu specjalnie chronionych obszarów przyrodniczych rosyjskie ustawodawstwo przewiduje odpowiedzialność administracyjną i karną. Jednocześnie naukowcy i eksperci zdecydowanie zalecają znaczne zwiększenie powierzchni obszarów szczególnie chronionych. Na przykład w Stanach Zjednoczonych powierzchnia tego ostatniego wynosi ponad 7% terytorium kraju.

Rozwiązywanie problemów środowiskowych, a co za tym idzie perspektywy zrównoważonego rozwoju cywilizacji, są w dużej mierze związane z umiejętnym wykorzystaniem zasobów odnawialnych i różnymi funkcjami ekosystemów oraz zarządzaniem nimi. Kierunek ten jest najważniejszą drogą do dostatecznie długiego i względnie niewyczerpanego użytkowania przyrody, połączonego z zachowaniem i utrzymaniem stabilności biosfery, a co za tym idzie środowiska człowieka.

Każdy gatunek jest wyjątkowy. Zawiera informacje o rozwoju flory i fauny, co ma duże znaczenie naukowe i użytkowe. Ponieważ wszelkie możliwości wykorzystania danego organizmu w dłuższej perspektywie są często nieprzewidywalne, cała pula genowa naszej planety (z ewentualnym wyjątkiem niektórych organizmów chorobotwórczych niebezpiecznych dla człowieka) podlega ścisłej ochronie. Konieczność ochrony puli genowej z punktu widzenia koncepcji zrównoważonego rozwoju („koewolucji”) podyktowana jest nie tyle względami ekonomicznymi, co moralnymi i etycznymi. Sama ludzkość nie przetrwa.

Warto przypomnieć jedno z praw środowiskowych B. Commonera: „Natura wie najlepiej!” Jeszcze do niedawna nieprzewidziane możliwości wykorzystania puli genowej zwierząt obecnie demonstruje bionika, dzięki której dokonuje się licznych ulepszeń konstrukcji inżynieryjnych opartych na badaniu budowy i funkcji narządów dzikich zwierząt. Stwierdzono, że niektóre bezkręgowce (mięczaki, gąbki) mają zdolność gromadzenia dużej ilości pierwiastków promieniotwórczych i pestycydów. Dzięki temu mogą być bioindykatorami zanieczyszczenia środowiska i pomóc człowiekowi rozwiązać ten ważny problem.

Ochrona puli genowej roślin. Będąc integralną częścią ogólnego problemu ochrony PSO, ochrona puli genowej roślin jest zespołem działań służących zachowaniu całej różnorodności gatunkowej roślin - nosicieli dziedzictwa dziedzicznego o właściwościach produkcyjnych lub cennych naukowo lub praktycznie.

Wiadomo, że pod wpływem doboru naturalnego i rozmnażania płciowego osobników w puli genowej każdego gatunku lub populacji gromadzą się najbardziej użyteczne dla gatunku właściwości; są w kombinacjach genów. Dlatego zadania związane z wykorzystaniem naturalnej flory mają ogromne znaczenie. Nasze nowoczesne uprawy zbożowe, owocowe, warzywne, jagodowe, paszowe, przemysłowe, ozdobne, których centra pochodzenia założył nasz wybitny rodak N.I. Wawiłowa, prowadzą swoją genealogię albo od dzikich przodków, albo są tworami nauki, ale opartymi na naturalnych strukturach genów. Wykorzystując dziedziczne właściwości roślin dziko rosnących uzyskano zupełnie nowe rodzaje roślin użytkowych. Poprzez selekcję mieszańców powstały mieszańce pszenicy wieloletniej i zboża paszowego. Według naukowców około 600 gatunków dzikich roślin można wykorzystać do selekcji upraw rolnych z flory Rosji.

Ochrona puli genowej roślin odbywa się poprzez tworzenie rezerwatów, parków przyrody, ogrodów botanicznych; tworzenie puli genowej gatunków lokalnych i introdukowanych; badanie biologii, potrzeb ekologicznych i konkurencyjności roślin; ocena ekologiczna siedliska roślinnego, prognozy jego zmian w przyszłości. Dzięki rezerwatom zachowały się sosny Pitsunda i Eldar, pistacja, cis, bukszpan, rododendron, żeń-szeń itp.

Ochrona puli genowej zwierząt. Zmiana warunków życia pod wpływem działalności człowieka, której towarzyszą bezpośrednie prześladowania i eksterminacja zwierząt, prowadzi do zubożenia ich składu gatunkowego i zmniejszenia liczebności wielu gatunków. w 1600 r na planecie było około 4230 gatunków ssaków, do naszych czasów 36 gatunków zniknęło, a 120 gatunkom grozi wyginięcie. Spośród 8684 gatunków ptaków 94 wyginęły, a 187 jest zagrożonych. Sytuacja z podgatunkami nie jest lepsza: od 1600 r. wyginęły 64 podgatunki ssaków i 164 podgatunki ptaków, zagrożonych jest 223 podgatunków ssaków i 287 podgatunków ptaków.

Ochrona ludzkiej puli genowej. W tym celu stworzono różne kierunki naukowe, takie jak:

1) ekotoksykologia- dział toksykologii (nauka o truciznach), zajmujący się badaniem składu składników, cech rozmieszczenia, działania biologicznego, aktywacji, dezaktywacji substancji szkodliwych w środowisku;

2) poradnictwo medyczne w zakresie genetyki w specjalnych placówkach medycznych w celu określenia charakteru i konsekwencji działania ekotoksykantów na ludzki aparat genetyczny w celu urodzenia zdrowego potomstwa;

3) ekranizacja- selekcja i badania pod kątem mutagenności i kancerogenności czynników środowiskowych (środowiska człowieka).

Patologia środowiskowa- doktryna chorób człowieka, w których występowaniu i rozwoju wiodącą rolę odgrywają niekorzystne czynniki środowiskowe w połączeniu z innymi czynnikami chorobotwórczymi.

Główne kierunki ochrony środowiska.

Regulacja jakości środowiska. Ochrona atmosfery, hydrosfery, litosfery, zbiorowisk biotycznych. Sprzęt i technologie ochrony środowiska.

Samooczyszczanie wód w zbiornikach to zespół powiązanych ze sobą procesów hydrodynamicznych, fizykochemicznych, mikrobiologicznych i hydrobiologicznych prowadzących do przywrócenia pierwotnego stanu jednolitej części wód.

Wśród czynników fizycznych najważniejsze znaczenie ma rozcieńczanie, rozpuszczanie i mieszanie napływających zanieczyszczeń. Dobre wymieszanie i redukcję stężeń zawiesin zapewnia szybki przepływ rzek. Przyczynia się do samooczyszczania zbiorników wodnych poprzez osiadanie na dnie nierozpuszczalnych osadów, a także osadzanie zanieczyszczonych wód. W strefach o klimacie umiarkowanym rzeka oczyszcza się po 200-300 km od miejsca zanieczyszczenia, a na Dalekiej Północy - po 2 tys. km.

Dezynfekcja wody następuje pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ze słońca. Efekt dezynfekcji uzyskuje się poprzez bezpośrednie niszczące działanie promieni ultrafioletowych na koloidy białkowe i enzymy protoplazmy komórek drobnoustrojów, a także organizmy przetrwalnikowe i wirusy.

Spośród chemicznych czynników samooczyszczania zbiorników wodnych należy zwrócić uwagę na utlenianie substancji organicznych i nieorganicznych. Samooczyszczanie akwenu często ocenia się w odniesieniu do łatwo utleniającej się materii organicznej lub pod względem całkowitej zawartości substancji organicznych.

Reżim sanitarny zbiornika charakteryzuje się przede wszystkim ilością rozpuszczonego w nim tlenu. Powinien bić co najmniej 4 mg na 1 litr wody o każdej porze roku dla zbiorników dla zbiorników pierwszego i drugiego typu. Pierwszy typ obejmuje zbiorniki wodne służące do zaopatrzenia przedsiębiorstw w wodę pitną, drugi - wykorzystywane do kąpieli, imprez sportowych, a także zlokalizowane w granicach osad.

Biologicznymi czynnikami samooczyszczania zbiornika są glony, pleśnie i drożdżaki. Jednak fitoplankton nie zawsze ma pozytywny wpływ na procesy samooczyszczania: w niektórych przypadkach masowy rozwój sinic w sztucznych zbiornikach można uznać za proces samozanieczyszczania.

Przedstawiciele świata zwierząt mogą również przyczynić się do samooczyszczania zbiorników wodnych z bakterii i wirusów. W ten sposób ostryga i niektóre inne ameby adsorbują wirusy jelitowe i inne. Każdy mięczak filtruje ponad 30 litrów wody dziennie.

Czystość zbiorników jest nie do pomyślenia bez ochrony ich roślinności. Tylko w oparciu o dogłębną znajomość ekologii każdego zbiornika, skuteczną kontrolę nad rozwojem różnych zamieszkujących go organizmów żywych można osiągnąć pozytywne rezultaty, zapewnić przejrzystość i wysoką produktywność biologiczną rzek, jezior i zbiorników wodnych.

Inne czynniki również niekorzystnie wpływają na procesy samooczyszczania zbiorników wodnych. Chemiczne zanieczyszczenie zbiorników wodnych ściekami przemysłowymi, pierwiastkami biogennymi (azot, fosfor itp.) hamuje naturalne procesy oksydacyjne i zabija mikroorganizmy. To samo dotyczy odprowadzania ścieków termalnych z elektrociepłowni.

Proces wieloetapowy, czasem rozciągający się na długi czas - samooczyszczanie z oleju. W warunkach naturalnych kompleks procesów fizycznych samooczyszczania wody z ropy składa się z kilku elementów: parowania; osiadanie brył, zwłaszcza przeładowanych osadami i pyłem; adhezja grudek zawieszonych w słupie wody; pływające grudki tworzące film z wtrąceniami wody i powietrza; zmniejszenie stężenia zawieszonych i rozpuszczonych olejów w wyniku sedymentacji, pływania i mieszania z czystą wodą. Intensywność tych procesów zależy od właściwości konkretnego rodzaju oleju (gęstość, lepkość, współczynnik rozszerzalności cieplnej), obecności koloidów w wodzie, zawieszonych i porwanych cząstek planktonu itp., temperatury powietrza i nasłonecznienia.

Pomiędzy składnikami ekosystemu wodnego w procesie jego funkcjonowania zachodzi ciągła wymiana materii i energii. Wymiana ta ma charakter cykliczny o różnym stopniu izolacji, któremu towarzyszą przemiany materii pod wpływem czynników fizycznych, chemicznych i biologicznych. W trakcie przemian złożone substancje mogą stopniowo rozkładać się na proste, a proste substancje mogą być syntetyzowane w złożone. W zależności od intensywności oddziaływania zewnętrznego na ekosystem wodny i charakteru zachodzących procesów następuje albo przywrócenie ekosystemu wodnego do warunków tła (samooczyszczanie), albo przejście ekosystemu wodnego do innego stabilnego stanu, który będzie charakteryzował się różne ilościowe i jakościowe wskaźniki składników biotycznych i abiotycznych. Jeśli wpływ zewnętrzny przekroczy możliwości samoregulacji ekosystemu wodnego, może on ulec zniszczeniu. Samooczyszczanie ekosystemów wodnych jest konsekwencją zdolności do samoregulacji. Pobieranie substancji ze źródeł zewnętrznych jest oddziaływaniem, któremu ekosystem wodny jest w stanie oprzeć się w pewnych granicach dzięki mechanizmom wewnątrzsystemowym. W sensie ekologicznym samooczyszczanie jest konsekwencją procesów włączania substancji dostających się do wód w cykle biochemiczne z udziałem fauny i flory oraz czynników przyrody nieożywionej. Cykl każdego pierwiastka składa się z dwóch głównych funduszy - rezerwy utworzonej przez dużą masę wolno zmieniających się składników oraz funduszu wymiany (krążenia), który charakteryzuje się szybką wymianą między organizmami a ich środowiskiem. Wszystkie cykle biochemiczne można podzielić na dwa główne typy - z rezerwą w atmosferze (na przykład azot) i z rezerwą w skorupie ziemskiej (na przykład fosfor).

Samooczyszczanie wód naturalnych odbywa się dzięki zaangażowaniu substancji pochodzących ze źródeł zewnętrznych w stale zachodzące procesy przemian, w wyniku których otrzymane substancje wracają do ich funduszu rezerwowego.

118 Ekologia miasta

Przemiany substancji są wynikiem różnych zachodzących jednocześnie procesów, wśród których można wyróżnić mechanizmy fizyczne, chemiczne i biologiczne. Wartość wkładu każdego z mechanizmów zależy od właściwości danego zanieczyszczenia oraz charakterystyki danego ekosystemu.

Fizyczne mechanizmy samooczyszczania.Wymiana gazowa na granicy „atmosfera-woda”. Dzięki temu procesowi substancje, które mają fundusz rezerwowy w atmosferze, przedostają się do zbiornika wodnego i zwracają te substancje z zbiornika wodnego do funduszu rezerwowego. Jednym z ważnych szczególnych przypadków wymiany gazowej jest proces napowietrzanie atmosferyczne, dzięki czemu znaczna część tlenu dostaje się do zbiornika wodnego. O intensywności i kierunku wymiany gazowej decyduje odchylenie stężenia gazu w wodzie od stężenia nasycenia C. Stężenie nasycenia zależy od rodzaju substancji oraz warunków fizycznych panujących w zbiorniku wodnym - temperatury i ciśnienia. Przy stężeniach większych niż C gaz ucieka do atmosfery, a przy stężeniach mniejszych niż Cs , gaz jest absorbowany przez masę wody.

Sorpcja- absorpcja zanieczyszczeń przez zawiesiny, osady denne i powierzchnie ciał hydrobiontów. Cząsteczki koloidalne i substancje organiczne, które są w niezdysocjowanym stanie cząsteczkowym, są najintensywniej sorbowane. Proces opiera się na zjawisku adsorpcji. Szybkość gromadzenia się substancji na jednostkę masy sorbentu jest proporcjonalna do jej nienasycenia względem danej substancji i stężenia substancji w wodzie oraz odwrotnie proporcjonalna do zawartości substancji w sorbencie. Przykładami substancji kontrolowanych podlegających sorpcji są metale ciężkie i środki powierzchniowo czynne.

Sedymentacja i resuspensja. Zbiorniki wodne zawsze zawierają pewną ilość zawiesiny pochodzenia nieorganicznego i organicznego. Sedymentacja charakteryzuje się zdolnością zawieszonych cząstek do opadania na dno pod działaniem grawitacji. Proces przejścia cząstek z osadów dennych do stanu zawieszonego nazywa się resuspensją. Zachodzi to pod wpływem składowej pionowej prędkości przepływu turbulentnego.

Chemiczne mechanizmy samooczyszczania.Fotoliza- przemiana cząsteczek substancji pod wpływem pochłoniętego przez nie światła. Szczególnymi przypadkami fotolizy są dysocjacja fotochemiczna - rozpad cząstek na kilka prostszych oraz fotojonizacja - przemiana cząsteczek w jony. Z całkowitej ilości promieniowania słonecznego około 1% jest wykorzystywane w fotosyntezie, od 5% do 30% odbija się od powierzchni wody. Główna część energii słonecznej jest przekształcana w ciepło i bierze udział w reakcjach fotochemicznych. Najbardziej efektywną częścią światła słonecznego jest promieniowanie ultrafioletowe. Promieniowanie ultrafioletowe pochłaniane jest w warstwie wody o grubości około 10 cm, jednak w wyniku turbulentnego mieszania może przenikać również do głębszych warstw zbiorników wodnych. Ilość substancji poddanej fotolizie zależy od rodzaju substancji i jej stężenia w wodzie. Spośród substancji przedostających się do zbiorników wodnych substancje próchnicze ulegają stosunkowo szybkiemu rozkładowi fotochemicznemu.

119

Hydroliza- reakcja wymiany jonowej między różnymi substancjami i wodą. Hydroliza jest jednym z wiodących czynników przemian chemicznych substancji w zbiornikach wodnych. Ilościową cechą tego procesu jest stopień hydrolizy, rozumiany jako stosunek zhydrolizowanej części cząsteczek do całkowitego stężenia soli. Dla większości soli wynosi kilka procent i wzrasta wraz ze wzrostem rozcieńczenia i temperatury wody. Substancje organiczne również podlegają hydrolizie. W tym przypadku rozszczepienie hydrolityczne najczęściej zachodzi poprzez wiązanie atomu węgla z innymi atomami.

Biochemiczne samooczyszczanie jest konsekwencją przemian substancji dokonywanych przez hydrobionty. Z reguły główny udział w procesie samooczyszczania mają mechanizmy biochemiczne i dopiero przy zahamowaniu organizmów wodnych (np. pod wpływem substancji toksycznych) większą rolę zaczynają odgrywać procesy fizykochemiczne. Biochemiczna przemiana substancji zachodzi w wyniku włączenia ich do sieci pokarmowych i odbywa się podczas procesów produkcji i niszczenia.

Produkcja pierwotna odgrywa szczególnie ważną rolę, ponieważ determinuje większość procesów wewnątrzwodnych. Głównym mechanizmem powstawania nowej materii organicznej jest fotosynteza. W większości ekosystemów wodnych fitoplankton jest głównym producentem pierwotnym. W procesie fotosyntezy energia Słońca jest bezpośrednio przekształcana w biomasę. Produktem ubocznym tej reakcji jest wolny tlen powstały w wyniku fotolizy wody. Wraz z fotosyntezą w roślinach zachodzą procesy oddychania ze zużyciem tlenu.

Produkcja autotroficzna i niszczenie heterotroficzne to dwa najważniejsze aspekty przemiany materii i energii w ekosystemach wodnych. Charakter i intensywność procesów produkcyjno-niszczących, a co za tym idzie mechanizm samooczyszczania biochemicznego, determinuje struktura danego ekosystemu. Dlatego mogą się znacznie różnić w różnych zbiornikach wodnych. Ponadto w obrębie tego samego akwenu występują różne strefy życia (strefy ekologiczne), różniące się zbiorowiskami zamieszkujących je organizmów. Różnice te wynikają ze zmiany warunków bytowania podczas przejścia z powierzchni do głębi oraz ze stref przybrzeżnych do części otwartych.

W ciekach, ze względu na intensywne mieszanie i płytkie głębokości, strefowość pionowa nie jest wyraźna. Ze względu na bytowy odcinek potoku wyróżnia się ripal - strefę przybrzeżną i środkową - strefę otwartą odpowiadającą rdzeniowi rzeki. Ripali charakteryzuje się niskimi przepływami, zaroślami makrofitów i wysokimi wartościami rozwoju ilościowego hydrobiontów. W części środkowej prędkość ruchu wody jest większa, rozwój ilościowy hydrobiontów jest mniejszy. Zgodnie z profilem podłużnym wyróżnia się strefy zasięgów i strefy ryftów. W strefie odcinków charakteryzujących się wolnym nurtem ludność jest bogatsza ilościowo, ale uboższa jakościowo. W przypadku bułek typowa jest sytuacja odwrotna.

120 Ekologia miasta

Kompleksy warunków ekologicznych wpływają na procesy samooczyszczania cieków wodnych. Prądy powolne charakteryzują się korzystnymi warunkami dla fotosyntezy, intensywnych procesów przemian substancji i procesów sedymentacji. Strefy o zwiększonych prędkościach charakteryzują się intensywnymi procesami mieszania, wymiany gazowej i niszczenia substancji.

W zbiornikach wodnych podział na strefy ekologiczne jest wyraźniejszy niż w ciekach wodnych. W zbiornikach wodnych wzdłuż profilu poziomego wyróżnia się litoral – strefę płycizn przybrzeżnych i pelagial (strefa limniczna) – strefę wód otwartych. W zbiornikach głębokich, w masie wodnej pelagialu, wyróżnia się trzy strefy pionowe - epilimnion, metalimnion i hypolimnion. Metalimnion lub termoklina to strefa oddzielająca epilimnion od hipolimnionu. Charakteryzuje się gwałtownym spadkiem temperatury wody (1 stopień na 1 m głębokości). Nad metalimnionem znajduje się epilimnion. Epilimnion charakteryzuje się przewagą procesów produkcyjnych. Wraz ze wzrostem głębokości, wraz ze spadkiem promieniowania aktywnego fotosyntetycznie (PAR), maleje intensywność fotosyntezy. Głębokość, na której produkcja staje się równa zniszczeniu, nazywana jest horyzontem kompensacyjnym. Powyżej znajduje się strefa trofogeniczna, w której dominują procesy produkcyjne, a poniżej strefa trofolityczna, w której dominują procesy oddychania i rozkładu. Strefa trofogeniczna zlokalizowana jest w epilimnionie, natomiast strefa trofolityczna z reguły obejmuje metalimnion i hypolimnion.

W strefie przydennej zbiorników oprócz litoralu wyróżnia się profundal – część głębinową, w przybliżeniu pokrywającą się z częścią dna zbiornika wypełnioną wodami hipolimnionowymi.

W zbiornikach można więc wyróżnić strefy z przewagą produkcji fotosyntetycznej oraz strefy, w których zachodzą jedynie procesy niszczenia substancji. W hipolimnionie, zwłaszcza zimą i latem, często obserwuje się warunki beztlenowe, co zmniejsza intensywność procesów samooczyszczania. Przeciwnie, w litoralu reżimy temperaturowe i tlenowe sprzyjają intensywnym procesom samooczyszczania.

eutrofizacja, rozumiana jako nadprodukcja materii organicznej w zbiorniku wodnym pod wpływem czynników zewnętrznych (allochtonicznych) i wewnątrzwodnych (autochtonicznych), jest jednym z poważnych problemów środowiskowych, z którymi borykają się niemal wszystkie kraje rozwinięte. Prawie wszystkie zbiorniki wodne podlegają eutrofii, ale jest ona najbardziej widoczna w zbiornikach wodnych. Eutrofizacja zbiorników wodnych jest procesem naturalnym, jej rozwój oceniany jest w geologicznej skali czasu. W wyniku antropogenicznego wprowadzenia substancji biogennych do jednolitych części wód nastąpiło gwałtowne przyspieszenie eutrofizacji. Rezultatem tego procesu, zwanego eutrofizacją antropogeniczną, jest skrócenie skali czasowej eutrofizacji z tysięcy lat do dziesięcioleci. Procesy eutrofizacji są szczególnie intensywne na terenach zurbanizowanych, co czyni je jedną z najbardziej charakterystycznych cech nieodłącznie związanych z miejskimi zbiornikami wodnymi.

Oddział 3. Środowisko wodne miasta

Troficzność jednolitej części wód odpowiada poziomowi dopływu materii organicznej lub poziomowi jej produkcji w jednostce czasu, a więc jest wyrazem połączonego działania materii organicznej powstałej podczas fotosyntezy i dostarczanej z zewnątrz. W zależności od poziomu troficzności wyróżnia się dwa skrajne typy zbiorników wodnych - oligotroficzne i eutroficzne. Główne różnice między tymi dwoma rodzajami zbiorników wodnych podano w patka. 3.14.

Tabela 3.14. Charakterystyka zbiorników oligotroficznych i eutroficznych

	Stan zbiornika
Hapaktvpistyka
	oligotroficzny	eutroficzny
Właściwości fizykochemiczne
Stężenie rozpuszczonego tlenu	wysoki	Niski
w hipolimnionie
Koncentracja składników odżywczych	Niski	wysoki
Stężenie zawiesiny	Niski	wysoki
penetracja światła	Dobry	zły
Głębokość	Duży	mały
Charakterystyka biologiczna
Wydajność	Niski	wysoki
Różnorodność gatunków hydrobiontów	mały	duży
Fitoplankton:
biomasa	mały	Duży
migracje dzienne	Intensywny	Ograniczony
kwiat	rzadki	Częsty
grupy charakterystyczne	okrzemki,	Zielono-niebieski
	zielone algi	zielone algi

Głównym mechanizmem naturalnego procesu eutrofizacji jest zamulanie zbiorników wodnych. Eutrofizacja antropogeniczna występuje w wyniku przedostania się do wód nadmiernej ilości pierwiastków biogennych w wyniku działalności gospodarczej. Wysoka zawartość składników pokarmowych stymuluje autotroficzną hiperprodukcję materii organicznej. Wynikiem tego procesu jest kwitnienie wody w wyniku nadmiernego rozwoju al-goflory. Spośród pierwiastków biogennych wprowadzanych do wód największy wpływ na procesy eutrofizacji mają azot i fosfor, których zawartość i stosunek reguluje tempo produkcji pierwotnej. Pozostałe pierwiastki biogenne z reguły zawarte są w wodzie w wystarczających ilościach i nie wpływają na procesy eutrofizacji. Dla jezior pierwiastkiem ograniczającym jest najczęściej fosfor, a dla cieków azot.

Przypisanie jednolitej części wód do określonego poziomu troficzności odbywa się zgodnie z wkładem materii organicznej. Od podanego

Ekologia miasta

W praktyce trudno jest kontrolować ten parametr, jako wskaźniki poziomu troficznego wykorzystuje się inne cechy ekosystemu wodnego, ściśle związane ze stanem troficznym zbiornika. Cechy te nazywane są wskaźnikami. Najczęściej we współczesnej praktyce wskaźniki są stosowane jako wskaźniki dopływu składników odżywczych, stężenia składników odżywczych w zbiorniku wodnym, tempa wyczerpywania się tlenu w hypolimnionie, przejrzystości wody i biomasy fitoplanktonu. Fitoplankton jest głównym głównym producentem większości ekosystemów wodnych. Dlatego stan ekologiczny większości zbiorników wodnych jest determinowany przez fitoplankton i zależy od wielu fizycznych, chemicznych i biologicznych czynników środowiskowych.

Fizyczne czynniki eutrofizacji.Oświetlenie. Zależność produkcji pierwotnej od oświetlenia pokazano w Ryż. 3.18. Przenikanie światła do słupa wody zależy od wielu czynników. Padające światło jest pochłaniane przez samą wodę i rozpuszczone w niej substancje barwne oraz rozpraszane przez substancje zawieszone w wodzie. Głębokość, na której oświetlenie wynosi 5% oświetlenia na powierzchni, nazywana jest horyzontem eufotycznym. Nad horyzontem eufotycznym znajduje się strefa eufotyczna. Głęboka zmiana produkcji pierwotnej zależy od zmiany oświetlenia. W miesiącach letnich możliwe jest przesunięcie maksymalnej wydajności w głąb. Tłumaczy się to nadmiernym oświetleniem powierzchni, co prowadzi do zahamowania fitoplanktonu, w wyniku czego powstają najlepsze warunki do jego istnienia w głębszych warstwach.

Temperatura wpływa na fizyczne i biologiczne procesy eutrofizacji. Decyduje o stopniu nasycenia wody tlenem, profil temperatury wpływa na intensywność turbulencji pionowej i tym samym wpływa na przenoszenie składników pokarmowych z obszarów przydennych do epilimnionu. Temperatura wpływa również na wartość produkcji pierwotnej (Rys. 3.19). Wartość optymalnej temperatury waha się w zależności od rodzaju organizmów, ale w większości przypadków mieści się w przedziale 20-25°C.

Stan ekologiczny zbiorników wodnych jest w dużej mierze związany z procesami samooczyszczania – naturalnym rezerwatem przywracania pierwotnych właściwości i składu wód.
Główne procesy samooczyszczania prowadzą do:

• przekształcanie (transformacja) zanieczyszczeń w nieszkodliwe lub mniej szkodliwe substancje w wyniku utleniania chemicznego, a zwłaszcza biochemicznego;
• oczyszczanie względne - przenoszenie zanieczyszczeń z toni wodnej do osadów dennych, które w przyszłości mogą służyć jako źródło wtórnego zanieczyszczenia wód;
• usuwanie zanieczyszczeń poza zbiornik wodny w wyniku parowania, uwalniania gazów z toni wodnej lub usuwania piany przez wiatr.

Największą rolę w procesie samooczyszczania wody odgrywa przemiana zanieczyszczeń. Obejmuje zanieczyszczenia niekonserwatywne, których stężenie zmienia się w wyniku procesów chemicznych, biochemicznych i fizycznych zachodzących w zbiornikach wodnych. Te niekonserwatywne to głównie substancje organiczne i biogenne. Intensywność utleniania przekształcalnego zanieczyszczenia zależy przede wszystkim od właściwości tej substancji, temperatury wody i warunków dostarczania tlenu do zbiornika wodnego.

Warunki temperaturowe można oszacować na podstawie średniej temperatury wody z trzech miesięcy letnich, która odpowiednio odzwierciedla warunki dla całego okresu ocieplenia (temperatura wody na rzekach Rosji w miesiącach zimowych pozostaje prawie taka sama, bliska 0°C). Według tego wskaźnika rzeki i zbiorniki wodne dzielą się na trzy grupy: o temperaturach poniżej 15°C, od 15 do 20°C i powyżej 20°C.

Warunki zaopatrzenia w tlen determinowane są głównie przez intensywność mieszania wody oraz czas trwania, który ma dość ścisły związek z latem.

Intensywność mieszania wód w rzekach szacuje się w przybliżeniu, w zależności od charakteru terenu, przez który przepływają, aw przypadku jezior i zbiorników wodnych - współczynnikiem płytkiej wody g, zależnym od powierzchni lustra wody i średniej głębokości zbiornika. Według tych kryteriów rzeki i zbiorniki wodne dzielą się na 4 grupy: o mieszaniu silnym, znacznym, umiarkowanym i słabym. Ze względu na kombinację temperatury i warunków mieszania wyróżnia się 4 kategorie warunków przemian zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych: korzystne, średnie, niekorzystne i skrajnie niekorzystne. Ocena samooczyszczania wody za pomocą tych wskaźników jest niedopuszczalna ani dla największych rzek międzystrefowych (Wołga, Jenisej, Lena itp.), ani dla małych rzek (o powierzchni dorzecza mniejszej niż 500–1000 km2), ponieważ temperatura wody w nich i warunki mieszania bardzo różnią się od wartości tła.

Ważną rolę w samooczyszczaniu wód odgrywa również fizyczny proces rozcieńczania zawartości zanieczyszczeń, których stężenie w wodzie rzecznej maleje wraz ze wzrostem przepływu wody w rzece. Rolą rozcieńczania jest nie tylko zmniejszenie stężenia zanieczyszczeń, ale także zmniejszenie prawdopodobieństwa zatrucia (toksykozy) organizmów wodnych odpowiedzialnych za rozkład biochemiczny zanieczyszczeń. Wskaźnikiem warunków rozcieńczenia zanieczyszczeń jest dla rzeki jej średni roczny przepływ, a dla zbiornika - całkowity przepływ wód wpływających do niego dopływów. Według tego wskaźnika wszystkie rzeki i zbiorniki wodne dzielą się na 6 grup (o przepływie wody od poniżej 100 do ponad 10 000 m3/s). Łącząc dwa najważniejsze warunki – przemianę zanieczyszczeń i przepływ wody – można w przybliżeniu oszacować warunki samooczyszczania się wód powierzchniowych z zanieczyszczeń i zestawić je w 5 kategorii: od „najbardziej korzystnych” do „skrajnie niekorzystnych”. Warunki samooczyszczania z uwzględnieniem rozcieńczeń dla rzek międzystrefowych obliczono indywidualnie dla poszczególnych odcinków każdej rzeki. Górne biegi rzek średnich i dużych, charakteryzujące się słabą zdolnością rozcieńczania, zaliczane są do rzek o „skrajnie niekorzystnych” warunkach samooczyszczania.
Istnieją pewne prawidłowości przestrzenne w warunkach przemian zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych Rosji. Tak więc zbiorniki wodne o „wyjątkowo niekorzystnych” warunkach znajdują się w nisko położonych obszarach tundry i leśno-tundrowej. Wszystkie jeziora głębinowe (Ładoga, Onega, Bajkał itp.) oraz zbiorniki o szczególnie powolnej wymianie wody należą do tej samej grupy. A terytoria o „sprzyjających” warunkach transformacji ograniczają się do Wyżyny Środkoworuskiej i Wołgi, u podnóża Kaukazu Północnego.

Biorąc pod uwagę stopień rozcieńczenia zanieczyszczeń, większość średnich i prawie wszystkie małe rzeki w Rosji charakteryzują się „wyjątkowo niekorzystnymi” warunkami do samooczyszczania. „Najkorzystniejsze” warunki do samooczyszczania charakteryzują odcinki rzek Ob, Jenisej, Lena i Amur, zaliczające się do najwyższej kategorii zawartości wody (powyżej 10 000 m3/s) przy temperaturze wody w średnim zakresie ( 15–20°C), a także w dolnym biegu Wołgi z temperaturami powyżej 20°C. Ta sama kategoria warunków ma zbiorniki: Volgogradskoe, Tsimlyanskoe, Nizhnekamskoe.

Analiza terytorialnego zróżnicowania warunków samooczyszczania się rzek i zbiorników pozwala w przybliżeniu oszacować stopień zagrożenia ich zanieczyszczeniem przedostawaniem się zanieczyszczeń. To z kolei może stanowić podstawę do ustalania poziomu ograniczeń zrzutów ścieków w miastach oraz opracowywania rekomendacji co do wielkości redukcji uwalniania zanieczyszczeń rozproszonych do wód powierzchniowych.

Negatywne czynniki naturalne obejmują obecność stromych zboczy i obszarów zalanych, które są niestabilne na dodatkowe obciążenia technogeniczne. Negatywne czynniki technogeniczne należy uznać za wysokie zaśmiecanie terytorium na niektórych obszarach, wpływ zanieczyszczonych i niewystarczająco oczyszczonych ścieków z obszarów mieszkalnych, stref przemysłowych i przedsiębiorstw, które wpływają na jakość jednolitych części wód. W konsekwencji stan jednolitych części wód nie spełnia wymagań dla obiektów kulturalnych i społecznych. Ponadto nadmierne zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego wzdłuż autostrad jest charakterystyczne dla prawie całego terytorium.

II. Zbiorniki wodne, będące naturalnymi i przyrodniczo-technogenicznymi elementami systemów krajobrazowo-geochemicznych, w większości przypadków są końcowym ogniwem w gromadzeniu się odpływu większości mobilnych substancji technogenicznych. W układach geochemiczno-krajobrazowych substancje są transportowane z wyższych poziomów na niższe hipsometryczne spływem powierzchniowym i podziemnym i odwrotnie (z niższych na wyższe poziomy) - przez przepływy atmosferyczne i tylko w niektórych przypadkach przez przepływy materii żywej (np. podczas masowego opuszczania zbiorników owadów po zakończeniu stadium rozwoju larwalnego, przechodzenia w wodzie itp.).

Elementy krajobrazu reprezentujące początkowe, najwyżej położone ogniwa (zajmujące np. powierzchnie lokalnych wododziałów) są geochemicznie autonomiczne, a przedostawanie się do nich zanieczyszczeń jest ograniczone, z wyjątkiem ich przedostawania się z atmosfery. Elementy krajobrazu tworzące dolne stopnie systemu geochemicznego (położone na zboczach i w zagłębieniach terenu) są geochemicznie podrzędnymi lub heteronomicznymi elementami, które wraz z napływem zanieczyszczeń z atmosfery otrzymują część zanieczyszczeń pochodzących z powierzchni i gruntu. wody z wyżej położonych powiązań krajobrazowych -kaskada geochemiczna. W związku z tym zanieczyszczenia powstające w zlewni w wyniku migracji w środowisku naturalnym prędzej czy później przedostają się do jednolitych części wód głównie ze spływem powierzchniowym i gruntowym, stopniowo się w nich gromadząc.

5 Główne procesy samooczyszczania wody w zbiorniku wodnym

Samooczyszczanie wód w zbiornikach to zespół powiązanych ze sobą procesów hydrodynamicznych, fizykochemicznych, mikrobiologicznych i hydrobiologicznych prowadzących do przywrócenia pierwotnego stanu jednolitej części wód.

Wśród czynników fizycznych najważniejsze znaczenie ma rozcieńczanie, rozpuszczanie i mieszanie napływających zanieczyszczeń. Dobre wymieszanie i redukcję stężeń zawiesin zapewnia szybki przepływ rzek. Przyczynia się do samooczyszczania zbiorników wodnych poprzez osiadanie na dnie nierozpuszczalnych osadów, a także osadzanie zanieczyszczonych wód. Na obszarach o klimacie umiarkowanym rzeka oczyszcza się po 200-300 km od miejsca zanieczyszczenia, a na Dalekiej Północy - po 2 tys. km.

Dezynfekcja wody następuje pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ze słońca. Efekt dezynfekcji uzyskuje się poprzez bezpośrednie niszczące działanie promieni ultrafioletowych na koloidy białkowe i enzymy protoplazmy komórek drobnoustrojów, a także organizmy przetrwalnikowe i wirusy.

Spośród chemicznych czynników samooczyszczania zbiorników wodnych należy zwrócić uwagę na utlenianie substancji organicznych i nieorganicznych. Samooczyszczanie akwenu często ocenia się w odniesieniu do łatwo utleniającej się materii organicznej lub pod względem całkowitej zawartości substancji organicznych.

Reżim sanitarny zbiornika charakteryzuje się przede wszystkim ilością rozpuszczonego w nim tlenu. Powinien bić co najmniej 4 mg na 1 litr wody o każdej porze roku dla zbiorników dla zbiorników pierwszego i drugiego typu. Pierwszy typ obejmuje zbiorniki wodne służące do zaopatrzenia przedsiębiorstw w wodę pitną, drugi - wykorzystywane do kąpieli, imprez sportowych, a także zlokalizowane w granicach osad.

Biologicznymi czynnikami samooczyszczania zbiornika są glony, pleśnie i drożdżaki. Jednak fitoplankton nie zawsze ma pozytywny wpływ na procesy samooczyszczania: w niektórych przypadkach masowy rozwój sinic w sztucznych zbiornikach można uznać za proces samozanieczyszczania.

Przedstawiciele świata zwierząt mogą również przyczynić się do samooczyszczania zbiorników wodnych z bakterii i wirusów. W ten sposób ostryga i niektóre inne ameby adsorbują wirusy jelitowe i inne. Każdy mięczak filtruje ponad 30 litrów wody dziennie.

Czystość zbiorników jest nie do pomyślenia bez ochrony ich roślinności. Tylko w oparciu o dogłębną znajomość ekologii każdego zbiornika, skuteczną kontrolę nad rozwojem różnych zamieszkujących go organizmów żywych można osiągnąć pozytywne rezultaty, zapewnić przejrzystość i wysoką produktywność biologiczną rzek, jezior i zbiorników wodnych.

Inne czynniki również niekorzystnie wpływają na procesy samooczyszczania zbiorników wodnych. Chemiczne zanieczyszczenie zbiorników wodnych ściekami przemysłowymi, pierwiastkami biogennymi (azot, fosfor itp.) hamuje naturalne procesy oksydacyjne i zabija mikroorganizmy. To samo dotyczy odprowadzania ścieków termalnych z elektrociepłowni.

Proces wieloetapowy, czasem rozciągający się na długi czas - samooczyszczanie z oleju. W warunkach naturalnych kompleks procesów fizycznych samooczyszczania wody z ropy składa się z kilku elementów: parowania; osiadanie brył, zwłaszcza przeładowanych osadami i pyłem; adhezja grudek zawieszonych w słupie wody; pływające grudki tworzące film z wtrąceniami wody i powietrza; zmniejszenie stężenia zawieszonych i rozpuszczonych olejów w wyniku sedymentacji, pływania i mieszania z czystą wodą. Intensywność tych procesów zależy od właściwości konkretnego rodzaju oleju (gęstość, lepkość, współczynnik rozszerzalności cieplnej), obecności koloidów w wodzie, zawieszonych i porwanych cząstek planktonu itp., temperatury powietrza i nasłonecznienia.

6 Działania intensyfikujące procesy samooczyszczania jednolitej części wód

Samooczyszczanie wody jest nieodzownym ogniwem obiegu wody w przyrodzie. Okazuje się, że wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia podczas samooczyszczania zbiorników wodnych ostatecznie koncentrują się w postaci produktów odpadowych i martwych ciał żywiących się nimi mikroorganizmów, roślin i zwierząt, które gromadzą się w masie mułu na dnie. Zbiorniki wodne, w których środowisko naturalne nie jest już w stanie poradzić sobie z napływającymi zanieczyszczeniami, ulegają degradacji, a wynika to głównie ze zmian w składzie fauny i flory oraz zaburzeń w łańcuchach pokarmowych, przede wszystkim populacji drobnoustrojów w zbiorniku wodnym. Procesy samooczyszczania w takich zbiornikach wodnych są minimalne lub całkowicie zatrzymane.

Takim zmianom można zapobiec jedynie poprzez celowe oddziaływanie na czynniki, które przyczyniają się do zmniejszenia ilości powstających odpadów i redukcji emisji zanieczyszczeń.

Postawione zadanie może być rozwiązane jedynie poprzez wdrożenie systemu działań organizacyjnych i prac inżynieryjno-rekultywacyjnych mających na celu przywrócenie naturalnego środowiska jednolitych części wód.

Przy odtwarzaniu jednolitych części wód wskazane jest rozpoczęcie wdrażania systemu działań organizacyjnych i prac inżynieryjno-rekultywacyjnych od uporządkowania zlewni, a następnie przeprowadzenie oczyszczania jednolitej części wód, a następnie uporządkowanie terenów przybrzeżnych i zalewowych .

Głównym celem realizowanych działań w zakresie ochrony środowiska oraz prac inżynieryjno-rekultywacyjnych w zlewni jest ograniczenie wytwarzania odpadów i zapobieganie nieuprawnionemu wprowadzaniu zanieczyszczeń do rzeźby zlewni, w ramach którego realizowane są następujące działania: wprowadzenie systemu reglamentacji wytwarzania odpadów; organizacja kontroli środowiskowej w systemie gospodarowania odpadami produkcyjnymi i konsumpcyjnymi; prowadzenie inwentaryzacji obiektów i lokalizacji odpadów produkcyjnych i konsumpcyjnych; rekultywacja naruszonych terenów i ich zagospodarowanie; zaostrzenie opłat za nieuprawnione wprowadzanie zanieczyszczeń na teren; wprowadzenie technologii niskoodpadowych i bezodpadowych oraz systemów recyklingu wody.

Działania i prace związane z ochroną środowiska na terenach przybrzeżnych i zalewowych obejmują prace związane z niwelacją terenu, spłaszczaniem lub tarasowaniem skarp; wznoszenie budowli hydrotechnicznych i rekreacyjnych, wzmacnianie brzegów oraz przywracanie stabilnej szaty trawiastej i roślinności drzewiastej i krzewiastej, co w konsekwencji zapobiega procesom erozyjnym. Prowadzone są prace krajobrazowe mające na celu odtworzenie naturalnego kompleksu akwenu i przeniesienie większości spływu powierzchniowego do poziomu podziemnego w celu jego oczyszczenia, wykorzystując skały strefy przybrzeżnej i terenów zalewowych jako barierę hydrochemiczną.

Brzegi wielu zbiorników wodnych są zaśmiecone, a wody zanieczyszczone chemikaliami, metalami ciężkimi, produktami ropopochodnymi, pływającymi szczątkami, a niektóre z nich są eutrofizowane i zamulone. Niemożliwe jest ustabilizowanie lub uruchomienie procesów samooczyszczania w takich zbiornikach wodnych bez specjalnej ingerencji inżynierskiej i melioracyjnej.

Celem prowadzenia prac inżynieryjno-rekultywacyjnych i ochrony środowiska jest stworzenie w jednolitych częściach wód warunków zapewniających efektywne funkcjonowanie różnych urządzeń uzdatniania wody oraz prowadzenie prac mających na celu eliminację lub ograniczenie negatywnego oddziaływania źródeł zanieczyszczeń zarówno pozakanałowych, i pochodzenia kanału.