Бессточные водоемы Казахстана. Том 1. Гидрохимический режим - София Романова

Практически все реки России изучены на предмет загрязнения и самоочищения их вод. Выявлено, что процессы самоочищения от нефтепродуктов протекают более интенсивно при сравнительно высоких температурах в летний период и значительно в меньшей мере зимой. Так, для р.Кубани самоочищающая способность в зимний период колеблется в пределах 7-35%, а летом повышается до 20 – 60%.

Максимальные величины перерабатывающей способности (ПС) р. Кубани от нефтепродуктов (600 – 3040 кг/час) определены при наибольших расходах воды во время паводков. В межень и при низких температурах (0-5 0С) нефтепродукты слабо «перерабатываются» (0,11–5,71 кг/час) [95]. Аналогичное явление наблюдается и в других реках бассейна р. Кубани [96], Донецкой и других областях [97].

Таблица 1.4 – Коэффициенты скорости самоочищения речных вод от некоторых загрязняющих веществ

Сравнительно интенсивно процессы самоочищения речных вод от некоторых веществ протекают на участках протяженностью до 10 км ниже сброса стоков. При этом СС по БПК5, например, в р. Кальмиус (Донецкая область) составляла 57%, по NH+4 ионам – 60%.

Л.Ф. Носачева и К.Р. Амрин изучали СС некоторых рек Центрального Казахстана от органических веществ [98]. Так, в р. Нуру производится сброс сточных вод предприятий химической, металлургической, энергетической промышленности, а также бытовых сточных вод. Общий объем стоков бассейна р. Нуры составлял в 1975 г. около 120 тыс.м3/сутки, а в 1987 г. уже 477 тыс.м3/сутки [99]. Концентрация фенолов в речной воде в 1975 г. уменьшается до исходной величины (0,001 мг/л) через 3 суток пробега воды от места сброса сточных вод. На участке реки, в 5 км от источника загрязнения, снижение концентрации ОВ (по БПК5) весной составляло около 88%, летом – 53%. Осенью процессы самоочищения р. Нуры более четко выражены на значительном расстоянии (12 км) от места сброса сточных вод и составляют 55 %. Путем анализа данных по содержанию ОВ за 1987 г. в воде р. Нуры (г. Темиртау) на участках 0,5 км и 5,7 км ниже объединенного сброса сточных вод, автором получены следующие результаты по СС (в %): БО – 11,6; БПК5 – 20,5; фенолы и СПАВ – 60%; нефтепродукты – 50%. В реки Чурубай Нуру, Сокыр, основных притоков р. Нуры, также осуществляется сброс сточных вод. В малых реках более заметно влияние стоков и самоочищение обычно заканчивается на больших расстояниях (20 – 30 км), чем в крупных реках. Наиболее интенсивно превращение ОВ происходит в летний период, когда уменьшение их содержания (по БП3К5) составляет 62%. Если объем3 стоков в р. Сокыр в 1975 г. составлял 80 тыс.м , то в 1989 г. – около 269 тыс.м. С увеличением расстояния от места сброса стоков содержание растворенного кислорода увеличивалось от 0 до 76% насыщения. В летний период процессы самоочищения в реке начинают проявляться на расстоянии 30 км от источника загрязнения. Весной и осенью за счет процессов самоочищения снижение концентрации загрязняющих веществ колеблется в пределах 36 – 89%.

Естественно ожидать, что большие количества загрязняющих веществ, сбрасываемые в водоемы и водотоки, затрудняют протекание процессов самоочищения. СС воды от металлов, как правило, зависит от абсолютного содержания его в верхнем створе: при более высоких концентрациях СС воды бывает более высокой, чем при сравнительно низких концентрациях. Кроме того, решающую роль в снижении концентраций тяжелых металлов играют процессы сорбции и образования труднорастворимых соединений.

Донные отложения, взвеси оказывают значительное влияние на СС водоемов и водотоков. Изучая роль перемешивания водных масс с донными отложениями на процесс потребления кислорода биохимически нестойкими соединениями, выявлено, что константа скорости этого процесса здесь возрастает в 4,2 раза по сравнению с опытами в статическом режиме [100]. Микроорганизмы, живущие в илах, способны разлагать многие органические соединения или потреблять различные ионы веществ. Так, в мелководных (3,5 – 4,0 м) прудах Ростовской области специальными исследованиями выявлено значительное превышение содержания летучих (ЛОВ) и растворенных органических веществ (РОВ) в иловых вытяжках по сравнению с содержанием их в воде [101]. Образование ЛОВ в илах происходит в основном в результате разложения высокополимерных ОВ микроорганизмами, а также за счет процессов хемосинтеза. Параллельно с образованием ЛОВ в илах наблюдаются и процессы их потребления различными микроорганизмами, что включает новые циклы биохимических превращений.

Е.А. Спонти и соавторы изучали превращение некоторых нефтепродуктов в природных водах и стерильных условиях [102]. Ими установлено, что разрушение тридекана при начальных концентрациях 1,2 и 2,6 мг/л практически заканчивается, соответственно, на 2 и 15 – ые сутки опыта. При увеличении содержания исходного вещества до 4,9 мг/л в течение 15 суток разрушалось около 85% токсиканта. Скорость окисления тридекана в естественных условиях составляла 0,55 – 0,70 мг/сутки, в то время как в стерильных условиях она не превышала 0,03 мг/сутки. Эти цифры свидетельствуют о превалирующей роли биохимического фактора в снижении концентрации тридекана в природной воде.

Дизельные и авиационные масла обладают высокой стабильностью. В течение 50 суток опытов их концентрация в природной воде оставалась практически неизменной. Скорость окисления дизельного топлива при исходной концентрации 3,4 мг/л в среднем составляла 0,13 мг/сутки.

Лабораторные исследования, проводимые [103] по вопросу трансформации лигносульфонатов в природных водах, позволили установить наличие зависимости скорости их биохимической деструкции от присутствия донных отложений. Авторы доказали факт сорбции лигносульфонатов донными осадками и взвешенными веществами.

Изучая роль сорбционных процессов, в снижении концентрации СПАВ в природных водах, В.В. Шлычковой и др. показано, что при отсутствии донных отложений, как правило, идет торможение превращения веществ на начальном этапе (0,5 – 2 суток), связанном с периодом адаптации микроорганизмов к веществу [104]. В присутствии донных отложений в первой половине суток происходит резкое снижение концентрации СПАВ в воде за счет процессов сорбции.

Благодаря разбавлению и биохимическим процессам системы «вода – дно» состав воды водохранилищ (на примере Волгоградского) достигает фоновых (химических и биологических) показателей и отсутствие дефицита кислорода на расстоянии 10 км от сброса стоков. Все это позволило констатировать авторам [105] факт активного процесса самоочищения водоема.

Микроорганизмы донных отложений водоемов и водотоков способны производить детоксикацию даже почвенных гербицидов (пропанид, стам Ф-34, суркопур и др.) [106; 107]. Малопроточные водоемы (озера, водохранилища, пруды) имеют относительно устойчивый уровень воды и незначительные сезонные течения по сравнению с реками, обусловленные режимом работы водохранилища или ветровыми нагонами. Концентрация загрязняющих веществ на отдельных участках малопроточных водоемов, направление и скорость процессов самоочищения обусловливаются в основном действием ветра, аэрацией воды, изменениями температуры, характером русловых процессов. Процессы самоочищения при этом будут определяться преимущественно или физическими и химическими факторами (в условиях горного, расчлененного рельефа), или развитием фито- , зоо- и бактериопланктона (озера, пруды). Если в водоем будет поступать слишком много загрязненных сточных вод, то процесс самоочищения сильно затормозится или совсем прекратится. В летний период, когда создаются наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности живых организмов, водоем самостоятельно способен переработать большие количества токсикантов [108-110]. Зимой при низкой температуре воды рост и активность микроорганизмов уменьшается. К тому же в этот период, образующийся лед ограничивает проникновение кислорода и света, ослабляется фотосинтез и процесс самоочищения водных масс замедляется. Самоочищение водных объектов от консервативных веществ (например, хлориды, сульфаты, натрий, кальций и др.) обусловливается только разбавлением сточной жидкости природной водой, а неконсервативных (например, многие органические вещества) – как разбавлением, так и различными процессами превращения веществ. При загрязнении и самоочищении природных вод изменяются физические свойства и химический состав из-за протекания следующих главных физико-химических процессов: окисление – восстановление; реакций полимеризации и поликонденсации; образования коллоидных растворов; процессов сорбции и десорбции; катионного обмена; образования труднорастворимых соединений; процессов выделения из воды газов и легколетучих соединений; образования комплексных соединений [111-114].

Таким образом, природные воды обладают одним из уникальных свойств – способностью к самоочищению водных масс. Причем, в водоемах и водотоках аридных зон эти процессы усиливаются из-за их мелководности, интенсивного перемешивания воды, способствующих взмучиванию, прогреваемости и активному воздействию солнечной радиации.