Sposobnost površinske vode da se samopročišćava. Obrasci samopročišćavanja vode u vodnim tijelima

Onečišćenje koje ulazi u vodeno tijelo uzrokuje poremećaj njegove prirodne ravnoteže. Sposobnost rezervoara da se odupre ovom poremećaju, da se oslobodi unesenih zagađivača, bit je procesa samopročišćavanja.

Samočišćenje vodni sustavi uzrokovana mnogim prirodnim, a ponekad i umjetnim čimbenicima. Ti čimbenici uključuju različite hidrološke, hidrokemijske i hidrobiološke procese. Konvencionalno se mogu razlikovati tri vrste samopročišćavanja: fizičko, kemijsko i biološko.

Među fizikalnim procesima, razrjeđivanje (miješanje) je od najveće važnosti. Dobro miješanje i smanjenje koncentracije lebdećih čestica osigurava intenzivan protok rijeka. Samopročišćavanje akumulacija je olakšano taloženjem onečišćenih voda i taloženjem netopljivih sedimenata na dno, sorpcijom onečišćujućih tvari suspendiranim česticama i pridnenim sedimentima. Za hlapljive tvari isparavanje je važan proces.

Među kemijskim čimbenicima samopročišćavanja akumulacija glavna uloga igra oksidaciju organskih i anorganskih tvari. Oksidacija se odvija u vodi uz sudjelovanje kisika otopljenog u njoj, pa što je njegov sadržaj veći, proces mineralizacije organskih ostataka i samopročišćavanja rezervoara je brži i bolji. Kada je rezervoar jako onečišćen, rezerve otopljenog kisika se brzo troše, a njegovo nakupljanje uslijed fizikalnih procesa izmjene plinova s ​​atmosferom teče sporo, što uzrokuje usporavanje samopročišćavanja. Do samopročišćavanja vode može doći i kao posljedica nekih drugih reakcija u kojima nastaju slabo topive, hlapljive ili neotrovne tvari, npr. hidroliza pesticida, reakcije neutralizacije itd. Kalcijevi i magnezijevi karbonati i bikarbonati sadržani u prirodnim voda neutralizira kiseline, a ugljična kiselina otopljena u vodi neutralizira lužine.

Pod utjecajem ultraljubičastog zračenja sunca, u površinskim slojevima rezervoara dolazi do fotorazgradnje određenih kemikalija, poput DDT-a, te dolazi do dezinfekcije vode - smrti patogenih bakterija. Baktericidni učinak ultraljubičaste zrake objašnjavaju njihovim utjecajem na protoplazmu i enzime mikrobnih stanica, što uzrokuje njihovu smrt. Ultraljubičaste zrake štetno djeluju na vegetativne oblike bakterija, spore gljivica, ciste protozoa i viruse.

Svako je vodeno tijelo složeno živi sustav, gdje žive bakterije, alge, više vodene biljke i razni beskralješnjaci. Procesi metabolizma, biokoncentracije i biorazgradnje dovode do promjena u koncentraciji onečišćujućih tvari. Biološki čimbenici samopročišćavanja akumulacije također uključuju alge, plijesni i kvasce, ali u nekim slučajevima masovni razvoj plavo-zelenih algi u umjetnim akumulacijama može se smatrati procesom samozagađenja. Predstavnici životinjskog svijeta također mogu pridonijeti samopročišćavanju vodenih tijela od bakterija i virusa. Tako kamenice i neke amebe apsorbiraju crijevne i druge viruse. Svaki mekušac dnevno filtrira više od 30 litara vode. Obična trska, angustifolia cattail, jezerska trska i drugi makrofiti sposobni su apsorbirati ne samo relativno inertne spojeve iz vode, već i fiziološki djelatne tvari kao što su fenoli, otrovne soli teških metala.

Proces biološkog pročišćavanja vode povezan je s sadržajem kisika u njoj. Uz dovoljnu količinu kisika očituje se aktivnost aerobnih mikroorganizama koji se hrane organskim tvarima. Kada se organske tvari raspadnu, nastaju ugljični dioksid i vodu, kao i nitrate, sulfate, fosfate. Biološko samopročišćavanje je glavna karika procesa i smatra se jednom od manifestacija biotskog ciklusa u rezervoaru.

Doprinos pojedinih procesa sposobnosti prirodnih vodeni okoliš do samopročišćavanja ovisi o prirodi zagađivača. Za takozvane konzervativne tvari koje se ne razgrađuju ili se vrlo sporo razgrađuju (metalni ioni, mineralne soli, postojani organoklorni pesticidi, radionuklidi itd.), samopročišćavanje je prividne prirode, budući da se samo redistribucija i disperzija onečišćivača događa u okoliš, kontaminacija susjednih objekata s njim. Do smanjenja njihove koncentracije u vodi dolazi zbog razrjeđivanja, uklanjanja, sorpcije i bioakumulacije. Što se tiče hranjivih tvari, najvažniji su biokemijski procesi. Za tvari topive u vodi koje nisu uključene u biološki ciklus važne su reakcije njihove kemijske i mikrobiološke transformacije.

Za većinu organskih spojeva i neke anorganske tvari mikrobiološka transformacija smatra se jednim od glavnih načina samopročišćavanja prirodnog vodenog okoliša. Mikrobiološki biokemijski procesi uključuju nekoliko vrsta reakcija. To su reakcije u kojima sudjeluju redoks i hidrolitički enzimi (oksidaze, oksigenaze, dehidrogenaze, hidrolaze itd.). Biokemijsko samopročišćavanje vodena tijela ovisi o mnogim čimbenicima, među kojima su najvažniji temperatura, aktivna reakcija okoline (pH) te sadržaj dušika i fosfora. Optimalna temperatura za odvijanje procesa biorazgradnje je 25-30ºS. Velika važnost za život mikroorganizama ima reakcija okoline, koja utječe na tijek enzimskih procesa u stanici, kao i na promjene u stupnju prodiranja hranjivih tvari u stanicu. Za većinu bakterija povoljno je okruženje neutralne ili blago alkalne reakcije. Na pH<6 развитие и жизнедеятельность микробов чаще всего снижается, при рН <4 в некоторых случаях их жизнедеятельность прекращается. То же самое наблюдается при повышении щелочности среды до рН>9,5.

Negativni prirodni čimbenici uključuju prisutnost strmih padina i poplavljenih područja koja su nestabilna na dodatna opterećenja uzrokovana čovjekom. Negativnim tehnogenim čimbenicima treba smatrati visoku nered u određenim područjima, utjecaj zagađenih i nedovoljno pročišćenih otpadnih voda iz stambenih područja, industrijskih zona i poduzeća, što utječe na kvalitetu vodnih tijela. Posljedično, stanje akumulacija ne zadovoljava uvjete za kulturne i društvene sadržaje. Osim toga, prekomjerno onečišćenje zraka uz autoceste tipično je za gotovo cijelo područje.

II. Vodna tijela, kao prirodni i prirodno-tehnogeni elementi krajobrazno-geokemijskih sustava, u većini su slučajeva konačna karika u akumulaciji otjecanja većine mobilnih tehnogenih tvari. U krajobrazno-geokemijskim sustavima tvari se s viših razina na niže hipsometrijske razine prenose površinskim i podzemnim otjecanjem, i obrnuto (s nižih na više razine) atmosferskim strujanjima i samo u nekim slučajevima strujanjima žive tvari (npr. masovni bijeg iz rezervoara insekata nakon završetka stadija razvoja ličinke koji se odvija u vodi, itd.).

Elementi krajobraza koji predstavljaju početne, najvisoko smještene poveznice (zauzimaju npr. lokalne površine sliva) geokemijski su autonomni i unos onečišćujućih tvari u njih je ograničen, s izuzetkom njihovog ulaska iz atmosfere. Elementi krajobraza koji tvore niže stupnjeve geokemijskog sustava (smješteni na padinama i u depresijama reljefa) geokemijski su subordinirani ili heteronomni elementi koji uz unos onečišćujućih tvari iz atmosfere primaju i dio onečišćujućih tvari koje dolaze s površinskim i podzemnim vodama. iz viših dijelova krajolika -geokemijska kaskada. S tim u vezi, onečišćujuće tvari nastale u slivu uslijed migracije u prirodno okruženje prije ili kasnije ulaze u vodna tijela uglavnom s površinskim i podzemnim otjecanjem, postupno se nakupljajući u njima.

5 Osnovni procesi samopročišćavanja vode u vodnom tijelu

Samopročišćavanje vode u akumulacijama skup je međusobno povezanih hidrodinamičkih, fizikalno-kemijskih, mikrobioloških i hidrobioloških procesa koji dovode do uspostavljanja izvornog stanja vodnog tijela.

Među fizičkim čimbenicima, razrjeđivanje, otapanje i miješanje ulaznih kontaminanata od najveće su važnosti. Osigurano je dobro miješanje i smanjenje koncentracije suspendiranih čestica brza struja rec. Samopročišćavanje akumulacija pospješuje taloženje netopljivih sedimenata na dno, kao i taloženje onečišćenih voda. U zonama s umjerenom klimom rijeka se čisti nakon 200-300 km od mjesta onečišćenja, a na krajnjem sjeveru - nakon 2 tisuće km.

Dezinfekcija vode događa se pod utjecajem ultraljubičastog zračenja sunca. Dezinfekcijski učinak postiže se izravnim destruktivnim djelovanjem ultraljubičastih zraka na proteinske koloide i enzime protoplazme mikrobnih stanica, kao i spore organizama i virusa.

Među kemijskim čimbenicima samopročišćavanja rezervoara treba istaknuti oksidaciju organskih i anorganskih tvari. Samopročišćavanje akumulacije često se procjenjuje u odnosu na lako oksidirajuću organsku tvar ili prema ukupnom sadržaju organske tvari.

Sanitarni režim rezervoara karakterizira prvenstveno količina kisika otopljenog u njemu. Trebao bi biti najmanje 4 mg po 1 litri vode u bilo koje doba godine za rezervoare prvog i drugog tipa. Prva vrsta uključuje rezervoare koji se koriste za opskrbu poduzeća pitkom vodom, druga vrsta uključuje one koji se koriste za kupanje, sportske događaje, kao i one koji se nalaze unutar naselja.

Biološki čimbenici samopročišćavanja akumulacije uključuju alge, plijesan i kvasac. Međutim, fitoplankton nema uvijek pozitivan učinak na procese samopročišćavanja: u nekim slučajevima, masovni razvoj plavo-zelenih algi u umjetnim rezervoarima može se smatrati procesom samozagađenja.

Predstavnici životinjskog svijeta također mogu pridonijeti samopročišćavanju vodenih tijela od bakterija i virusa. Tako kamenica i neke druge amebe apsorbiraju crijevne i druge viruse. Svaki mekušac dnevno filtrira više od 30 litara vode.

Čistoća vodenih površina nezamisliva je bez zaštite njihove vegetacije. Samo na temelju dubokog poznavanja ekologije svake akumulacije i učinkovite kontrole nad razvojem različitih živih organizama koji ga nastanjuju mogu se postići pozitivni rezultati, osigurati prozirnost i visoka biološka produktivnost rijeka, jezera i akumulacija.

Drugi čimbenici također nepovoljno utječu na procese samopročišćavanja vodenih tijela. Kemijsko onečišćenje vodenih tijela industrijskim otpadnim vodama, hranjivim tvarima (dušik, fosfor itd.) inhibira prirodne oksidativne procese i ubija mikroorganizme. Isto vrijedi i za spuštanje topline Otpadne vode termoelektrane.

Višefazni proces, ponekad dugotrajan, je samopročišćavanje ulja. U prirodnim uvjetima, kompleks fizičkih procesa samopročišćavanja vode iz nafte sastoji se od niza komponenti: isparavanje; taloženje grudica, posebno onih preopterećenih talogom i prašinom; sljepljivanje grudica suspendiranih u vodenom stupcu; plutanje grudica koje tvore film s inkluzijama vode i zraka; smanjenje koncentracije suspendiranog i otopljenog ulja uslijed taloženja, plutanja i miješanja s čistom vodom. Intenzitet ovih procesa ovisi o svojstvima pojedine vrste nafte (gustoća, viskoznost, koeficijent toplinskog rastezanja), prisutnosti koloida, suspendiranih i prenosivih čestica planktona i dr. u vodi, temperaturi zraka i sunčevoj svjetlosti.

6 Mjere za intenziviranje procesa samopročišćavanja vodnog tijela

Samopročišćavanje vode neizostavna je karika u kruženju vode u prirodi. Zagađenje bilo koje vrste tijekom samopročišćavanja vodnih tijela na kraju se koncentrira u obliku otpadnih proizvoda i mrtvih tijela mikroorganizama, biljaka i životinja koje se njima hrane, a koji se nakupljaju u masi mulja na dnu. Vodna tijela u kojima se prirodni okoliš više ne može nositi s pristiglim zagađivačima degradiraju se, a to se događa uglavnom zbog promjena u sastavu biote i poremećaja u hranidbenim lancima, prvenstveno mikrobne populacije vodenog tijela. Procesi samočišćenja u takvim vodena tijela su minimalne ili potpuno prestaju.

Takve promjene moguće je zaustaviti samo svrhovitim djelovanjem na čimbenike koji pridonose smanjenju nastajanja otpada i smanjenju emisija onečišćenja.

Ovaj se zadatak može riješiti samo provedbom sustava organizacijskih mjera i inženjersko-melioracijskih radova usmjerenih na obnovu prirodnog okoliša vodnih tijela.

Prilikom obnove vodnih tijela provođenje sustava organizacijskih mjera i inženjersko-melioracijskih radova preporučljivo je započeti s uređenjem slivnog područja, a zatim provesti čišćenje vodnog tijela, nakon čega slijedi uređenje obalnog i poplavnog područja. područja.

Glavni cilj kontinuiranih mjera zaštite okoliša i inženjersko-melioracijskih radova na slivnom području je smanjenje nastanka otpada i sprječavanje neovlaštenog ispuštanja onečišćujućih tvari na topografiju slivnog područja, za što se provode sljedeće aktivnosti: sustav regulacije nastanka otpada; organizacija nadzora zaštite okoliša u sustavu gospodarenja otpadom iz proizvodnje i potrošnje; provođenje popisa objekata i lokacija otpada iz proizvodnje i potrošnje; rekultivacija poremećenih zemljišta i njihovo poboljšanje; pooštravanje naknada za neovlašteno ispuštanje onečišćujućih tvari na teren; uvođenje niskootpadnih i bezotpadnih tehnologija i sustava opskrbe reciklažnom vodom.

Mjere zaštite okoliša i radovi koji se izvode u obalnim i poplavnim područjima su radovi na ravnanju površine, ravnanju ili terasiranju padina; izgradnja hidrotehničkih i rekreacijskih objekata, učvršćivanje obala i obnova stabilnog travnatog pokrova i vegetacije drveća i grmlja, čime se naknadno sprječavaju erozijski procesi. Radovi na uređenju krajobraza provode se kako bi se obnovio prirodni kompleks vodnog tijela i prenio najveći dio površinskog otjecanja u podzemni horizont u svrhu njegovog pročišćavanja, koristeći stijene obalnog područja i poplavna zemljišta kao hidrokemijsku barijeru.

Obale mnogih vodenih tijela zatrpane su otpadom, a vode su onečišćene kemikalijama, teškim metalima, naftnim derivatima, plutajućim otpadom, a neke od njih su eutrofikirane i zamuljene. Nemoguće je stabilizirati ili aktivirati procese samopročišćavanja u takvim vodnim tijelima bez posebnih inženjerskih i melioracijskih zahvata.

Cilj izvođenja inženjersko-melioracijskih mjera i radova zaštite okoliša je stvaranje uvjeta u vodnim tijelima koji osiguravaju učinkovito funkcioniranje različitih građevina za pročišćavanje vode, te izvođenje radova na uklanjanju ili smanjenju negativnog utjecaja izvora distribucije onečišćujućih tvari podrijetlom izvan kanala i riječnog korita.

Procesi čišćenja uključuju: mehaničko taloženje suspendiranih tvari, biološku ili kemijsku oksidaciju organskih i drugih zagađivača njihovom mineralizacijom i taloženjem; kemijski procesi koji uključuju kisik, neutralizacija teških metala i sličnih zagađivača; apsorpcija različitih onečišćujućih tvari pridnenim sedimentima i vodenom vegetacijom i drugi slični procesi.

Proces samopročišćavanja od nekonzervativnih zagađivača prati utrošak kisika za mineralizaciju organskih tvari i otapanje kisika koji dolazi s površine vodene površine, tzv. reaeracija.

Proces potrošnje kisika karakterizira jednadžba

Lg(VA,) = ~*it, (1.9)

GdjeLa- BPK ukupni u početnom trenutku procesa potrošnje kisika, mg/l;L,-BOD total tijekom vremena{, mg/l;Do\- konstanta potrošnje kisika (BPK) pri određenoj temperaturi vode;t-vrijeme tijekom kojeg se odvijaju procesi potrošnje kisika i reaeracije, dani.

Topivost kisika u vodi je relativno ograničena, pa se zbog njegovog niskog sadržaja u vodi smanjuje intenzitet oksidativnih procesa. Također, na intenzitet oksidativnih procesa utječe početni sadržaj kisika u vodi i intenzitet njegovog nadopunjavanja iz zraka kroz vodenu površinu kako se troši na oksidaciju.

Proces otapanja kisika karakterizira jednadžba Lg(D t /DJ = -k 2 t, (1.10)

GdjeD. a- deficit otopljenog kisika u početnom trenutku promatranja, mg/l;D t -isto nakon vremena /, mg/l; /s 2 - konstanta reaeracije kisika pri određenoj temperaturi vode.

Uzimajući u obzir istovremeno odvijanje oba procesa u međusobno suprotnom smjeru, konačna brzina promjene nedostatka kisika tijekom vremena t može se izraziti jednadžbom

4=AA(Jug'"-102- a)/(* 2 -DO )+ A- 1<¥ й. (1.11)

Izjednačavanje na nulu prvi izvod jednadžbe (1.11) u odnosu na tLimenka dobiti izraz za tKp,što odgovara minimalnom sadržaju kisika u vodi:

"cr = log((*2/*i))