Изменение качества воды под влиянием сброса загрязняющих веществ

Эвтрофикация. Одной из наиболее распространенных форм загрязнения является чрезмерная концентрация биогенных веществ, содержащих азот и фосфор и поступающих со сточными водами с городских территорий или с поверхностным стоком с сельскохозяйственных территорий. Это обычно приводит к повсеместному развитию различных водорослей, особенно на участках с низкими скоростями течения.

Последующее уменьшение содержания растворенного кислорода может привести к значительному сокращению численности или даже исчезновению отдельных видов растений и животных. Этот процесс известен как эвтрофикация. Это естественный природный процесс, который присущ озерам на стадии их «зрелости» и «старости».

Однако в естественных условиях без участия человека этот процесс может затягиваться на сотни и тысячи лет в зависимости от размера озера, гидрологических условий, а также почвенного покрова бассейна. Человечество несет ответственность за ускоренную эвтрофикацию большого числа озер во всем мире.

Эвтрофикация и обуславливающие ее факторы являются главной проблемой в отношении качества воды. Множество исследований, посвященных изучению антропогенной эвтрофикации, привели к появлению большого числа количественных критериев и моделей для оценки ее развития.

Более того, были разработаны различные методики для того, чтобы улучшить состояние искусственно эвтрофированных озер. Хотя недостаток многих элементов может ограничить развитие водной растительности, азот и фосфор относятся к тем элементам, недостаток которых с наибольшей вероятностью остановит рост водорослей в естественных природных водоемах.

В ряде стран делались попытки остановить эвтрофирование путем запрещения использования фосфорных компонентов в моющих средствах и внедрения таких технологий очистки воды, которые позволяли бы извлекать фосфор и азот.

Влияние эвтрофикации отражается в удивительных изменениях соответствующих водных экосистем. Сильно загрязненные среды характеризуются малым числом обитающих в них биологических видов. Когда загрязнение вызвано токсичными веществами, число выживших отдельных представителей каждого вида очень мало, нередко — чрезвычайно мало.

Однако при избытке биогенных веществ отдельные виды могут достигать большой численности вследствие увеличения их продуктивности, но это сопровождается уменьшением разнообразия видов из-за уничтожения некоторых из них, не способных противостоять ухудшению условий обитания.

Более подробную информацию об искусственном эвтрофировании и возможных путях решения этой проблемы можно найти в публикациях Henderson-Sellers and Markland (1987), Harper (1991) и Ryding and Rast (1989).

Органические вещества и самоочищение. Большое количество загрязнений коммунального, промышленного и особенно сельскохозяйственного происхождения содержат органические вещества. Ряд процессов, происходящих в природных водах, направлен на трансформацию этих органических веществ в более или менее безвредные минеральные соединения, и этот процесс известен как самоочищение.

Некоторые из этих неорганических питательных веществ вновь перерабатываются водорослями и другими продуцентами, производящими вторичное органическое загрязнение после отмирания, как и при эвтрофировании. До биологического разложения, ведущего к самоочищению, растворенные в воде органические вещества должны быть адсорбированы и задержаны на поверхности твердых частиц. Адсорбция может иметь место на поверхности твердых частиц речного дна, берегов, растений, а также взвешенных частиц.

Большая часть процессов биологического разложения сопровождается потреблением кислорода, который является ключевым фактором в процессе самоочищения. Когда потребление кислорода в воде происходит настолько быстро, что превышает скорость его поступления из атмосферы или за счет биологических процессов, протекающих с выделением кислорода, т. е. фотосинтеза, способность водной массы к аэробному самоочищению оказывается превышенной.

Это происходит в том случае, когда появляются следующие условия (одно или больше):
- содержание органического вещества превышает способность водоема к самоочищению;
- процессы биологической деструкции ускоряются под влиянием определенных факторов, например повышением температуры;
- пополнение содержания кислорода ослабляется температурной стратификацией, ледовым покровом или другими причинами.

Если способность водоема к самоочищению превышена, наблюдается кислородное голодание и разложение органического вещества продолжается в анаэробных условиях. Это ведет к гибели многоклеточных организмов и влияет на многие виды использования водной массы. Использование водоема в подобных условиях невозможно в рекреационных и рыбохозяйственных целях и нежелательно для использования в других целях, например для водоснабжения.

Адсорбция и аккумуляция загрязняющих веществ. Некоторые вредные вещества адсорбируются поверхностью органических и неорганических взвешенных частиц. Оседая затем на дно, эти токсические вещества временно выводятся из воды. Живые организмы также способны собирать и удерживать возле себя органические и неорганические загрязняющие вещества при биохимических процессах. К примеру, концентрация некоторых пестицидов в водных организмах может быть до 300 000 раз выше того уровня, который отмечается в окружающей водной среде.

Однако под воздействием физических и биологических процессов абсорбированные вещества и вещества, накапливаемые организмами, могут впоследствии выделяться в водную массу в растворенном виде или в форме частиц.

Накапливание загрязняющих веществ различными формами организмов встречается довольно редко, т. к. они являются звеньями пищевой цепи и накапливаемые организмами загрязняющие вещества переходят от организмов одного уровня к организмам другого уровня с возрастающей концентрацией. Такой процесс, называемый биомагнификацией, вызывает ртутное отравление, приводящее к известной болезни Минаматы.