Экологические, санитарные и социальные аспекты решения водохозяйственных проблем

Лекция № 2

Экологические, санитарные и социальные аспекты решения водохозяйственных проблем

1. Формирование и оценка качества природных вод. Показатели качества природной воды: физико-химические, гидробиологические и микробиологические свойства природной воды

Вода – химическое соединение водорода (11,11 %) и кислорода (88,89 %). Чистая вода бесцветна и не имеет запаха и вкуса. Природная вода по своему составу весьма разнообразна. В ее состав входят соли (преимущественно в виде ионов, молекул и комплексов), органические вещества (в молекулярных соединениях и в коллоидном состоянии), газы (в виде молекул и гидратированных соединений), диспергированные примеси, гидробионты (планктон, бентос, нейстон, пагон), бактерии, вирусы.

Физико-химические свойства воды

Водород и кислород при соединении обеспечивают создание устойчивой молекулы, в которой электроны «находят себя», так как оба элемента живут как бы при дефиците электронов. Атомы и электроны особым образом располагаются в микропространстве, их внешние (у кислорода) электроны объединяются, В результате молекуле воды свойственна дисимметрия: кислородная часть молекулы имеет отрицательный заряд, а водородная – положительный. Они смещены относительно друг друга, поэтому такая молекула похожа на маленький электромагнит.

Пространственная схема строения молекулы воды имеет вид тетраэдра, или четырехлопастного винта, с двумя положительными и двумя отрицательными зарядами на вершинах тетраэдра, или концах лопастей винта. В центре таких фигур находится ядро атома кислорода, а на двух соседних вершинах, или лопастях, – положительно заряженные атомы водорода, а на двух других – отрицательно заряженные электроны.

Молекулы воды оказываются чрезвычайно устойчивыми, поскольку атомы кислорода и водорода связаны друг с другом посредством образования электронных пар. Это так называемая ковалентная связь. Такую молекулу очень трудно разрушить, поэтому вода способна существовать в условиях разнообразных и очень сильных воздействий.

Рекомендуемые материалы

Качество воды в поверхностных источниках определяется совокупностью физико-географических условий (климат, рельеф местности, почвенный покров, характер прибрежной растительности), биологических процессов, протекающих в водоеме с участием гидробионтов, и деятельности человека (регулирование речного стока, строительство гидротехнических сооружений, ирригация, судоходство, сброс сточных вод и т, д.).

Под качеством природной воды понимают совокупность ее свойств, обусловленных характером содержащихся в воде примесей. По своей природе примеси природных вод делятся на ор­ганические и неорганические. Отдельную группу примесей со­ставляют микрофлора и микрофауна природных водоемов, оказывающие существенное влияние на качество воды в самом водоеме, а также на работу очистных сооружений и систем водо­снабжения промышленных предприятий. С этой точки зрения особое значение имеет не только природа примесей, но и их физико-химическое состояние.

Согласно классификации академика Л. А. Кульского, примеси природных вод в зависимости от их физико-химического состояния, в значительной степени определяемого дисперсностью, делятся на четыре группы.

Первая группа примесей со степенью дисперсности 10³...10^-5 см представлена взвешенными в воде частицами, образующими суспензии и эмульсии. Это частицы глины и песка, малорастворимые гидроксиды металлов, иловые частицы, эмульсии мине­ральных масел, нефтепродукты, микроорганизмы, обитающие в толще воды, в том числе бактерии.

Вторую группу примесей составляют коллоидно-растворенные примеси и высокомолекулярные органические вещества со степенью дисперсности 10^-5...10^-6 см. В основном это минеральные и органоминералъные частицы почвы и грунта, коллоидные соединения железа, а также гумус – продукт биохимического разложения растительных и животных остатков. Гумусовые вещества, относящиеся ко второй группе примесей, представлены гуминовыми и фульвокислотами, образующими коллоидные растворы и придающими воде цветность. Коллоидные примеси второй группы увеличивают мутность воды.

К третьей группе примесей относятся молекулярно-растворенные вещества со степенью дисперсности 10^-6…10^{-7 см. В эту же группу входят вирусы и бактериофаги.}

К растворенным органическим соединениям естественного происхождения относят также продукты жизнедеятельности и разложения бактерий, актиномицетов, плесеней, водорослей, макрофитов и других обитателей водной среды и растворенные фульвокислоты. Различные источники загрязнения существенно повышают концентрацию органических веществ в водоеме. Продукты жизнедеятельности гидробионтов при массовом их развитии придают воде различные запахи и привкусы, борьба с которыми представляет значительные трудности. К этой же группе примесей относят растворенные в воде газы: кислород, диоксид углерода.

Растворенный кислород играет важную роль в биохимических процессах, происходящих в водоеме. Диоксид углерода образуется при окислении органических веществ микроорганизмами и частично переходит в гидросферу из атмосферы. Растворенная углекислота потребляется фотосинтетиками в качестве источника углерода. В воде некоторых загрязненных поверхно­стных водоемов может присутствовать растворенный сероводород – продукт жизнедеятельности аммонифицирующих и сульфатвосстанавливающих бактерий.

Четвертую группу примесей составляют вещества, диссоциирующие в воде на ионы. Степень дисперсности их менее 10^{-7 см. Это в основном различные соли, суммарная концентрация которых определяет степень минерализации воды. Общее содержание солей в воде большинства природных источников достаточно точно определяется катионами Са2+}, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ и анионами HCO₃^–, SO₄^2–, Сl^–. Однако природные воды содержат и массу других элементов, таких, как железо, марганец, фосфор, азот и т. д., которые наряду с основными катионами и анионами обеспечивают микроорганизмам полноценное минеральное питание.

Поверхностные воды характеризуются большим содержанием нерастворимых веществ, в частности органических соединений. Помимо частиц песка и глины в них имеются лёсс, илистые вещества, различные карбонатные соединения, гидроксиды алюминия, марганца и железа, высокомолекулярные органические примеси гумусового происхождения, иногда в виде органо-минеральных комплексов, планктон и др.

Содержание взвешенных веществ в поверхностных водоисточниках изменяется от нескольких единиц до десятков тысяч миллиграммов на литр. Как правило, минимальное содержание солей характерно для северных рек с поверхностным питанием (Нева, Северная Двина), а максимальное – для южных, которые питаются подземными водами (Терек), По виду растворенных солей в воде реки подразделяют на гидрокарбонатные (Волга, Кама), сульфатные (Дон), хлоридные (Ишим). Содержание органических веществ в речных водах достигает 180 мг/л и более (северные реки). В воде озер содержание солей изменяется. Количество органических веществ в них достигает 100 мг/л и более. Состав воды водохранилищ зависит от условий формирования и режима источников питания. Как правило, вода хранилищ характеризуется значительным содержанием органических веществ, наличием планктона и повышенной минерализацией в придонных слоях.

Подземные воды не содержат большого количества органических веществ, но часто насыщены минеральными солями, а иногда и газами (H₂S, CO₂, СН₄). При гидравлической связи между поверхностными и подземными водами последние отличаются повышенной окисляемостью. Наблюдается прямая зависимость между глубиной залегания подземных вод и степенью их минерализации. Подземные воды часто характеризуются значительной жесткостью и повышенным содержанием железа, марганца, фтора. Таким образом, различные примеси в природной воде образуют с ней сложные гомогенные и гетерогенные системы.

Для большей части поверхностных водоемов, используемых в качестве источников водоснабжения, характерны малая минерализация, изменение состава воды под влиянием гидрометеорологических условий и биохимических процессов, сезонные колебания температуры и состава воды. Сезонные колебания в составе воды особенно резко проявляются в увеличении ее мутности и цветности в периоды паводков. В этот же период воз­растает бактериальная загрязненность воды.

Сточные воды образуются в результате физиологической, хозяйственной и производственной деятельности человека. В зависимости от происхождения и характера примесей различают бытовые, производственные и дождевые сточные воды.

Основная часть органических загрязнений бытовых сточных вод представлена белками, жирами, углеводами и полупродуктами их разложения. Неорганическую часть загрязнений составляют частицы песка, глины, а также соли, присущие питьевой воде и образующиеся в процессе жизнедеятельности человека (фосфаты, гидрокарбонаты и аммонийные соли). Из общей массы загрязнений на долю органических веществ приходится 45-58 %.

Примеси сточной воды находятся в растворенном, коллоидном и нерастворенном состояниях. Нерастворенные вещества представлены взвешенными в воде частицами разной степени дисперсности, часть которых способна выпадать в осадок. Органические вещества бытовой сточной воды примерно поровну распределяются между растворенной, коллоидной и оседающей фракциями.

Загрязненность сточных вод органическими веществами, которые могут служить источниками питания и энергии для микроорганизмов, оценивают косвенно по величине, называемой биохимической потребностью в кислороде (БПК), В величину БПК входит расход кислорода на окисление биохимически окисляемых растворенных, коллоидных и частично взвешенных примесей,

В поверхностных водах величины БПК₅ колеблются от 0,5 до 4,0 мг/л и подвержены сезонным и суточным изменениям. Сезонные колебания в основном зависят от изменения температуры, исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2…3 раза при повышении температуры на 10 °С. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс БПК связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой определенный кислородный оптимум для развития и в целом для физиологической и биохимической активности. Суточные колебания БПК₅ также зависят от исходной концентрации растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2,5 мг/л, в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления.

Весьма значительны изменения значений БПК₅ в зависимости от степени загрязненности водоемов, Ниже представлены значения БПК₅ в водоемах с различной степенью загрязненности.

Степень загрязнения                                      БПК₅, мг/лО₂

Очень чистые...............................                                         0,5…1,0

Чистые.........................................                                           1,1...1,9

Умеренно загрязненные..............                                         2,0…2,9

Загрязненные...............................                                          3,0…3,9

Грязные........................................                                          4,0…10,0

Очень грязные..............................                                         10,0

Диффузное загрязнение поступает в водную среду через атмосферу, снеговые и ливневые стоки с полей и прочих сельскохозяйственных угодий. Роль атмосферных осадков как источники загрязнения устанавливается измерениями. Так, концентрация многих солей металлов в них (Hg, Ni, Си, Zn, Se, Со и пр.) значительно выше, чем в поверхностных водах, что указывает на влияние индустриальных источников. Отмечено также отрицательное влияние сернокислых выделений, а также выхлопных газов двигателей на окружающую среду. Однако наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение, которое переносится на значительные расстояния. Наряду с перечисленными источниками загрязнения серьезную опасность представляют снеговые и ливневые стоки.

Комплекс загрязнений бытовой сточной воды служит полноценным субстратом для гетеротрофных организмов, так как включает источники углеродного питания (белки, жиры, углеводы), необходимые биогенные элементы (азот и фосфор) и микроэлементы, всегда присутствующие в питьевой воде.

Состав очищенных сточных вод достаточно постоянен и характеризуется эффективностью очистки сточных вод на очистных сооружениях систем водоотведения, В водные объекты поступают очищенные сточные воды, имеющие следующее содержание загрязнений (мг/л): взвешенные вещества – 15; БПК – 15; солевой состав – 200; ХПК – 40. Доочистка очищенных городских сточных вод на сооружениях дает возможность в 2 раза сократить содержание загрязнений. Солевой состав в сточных водах при этом сохраняется.

Сточные воды, образующиеся в результате использования поды в технологических процессах различных производств, называются производственными. Характер загрязнений и концентрация их в производственных сточных водах чрезвычайно разнообразны и зависят как от вида производства, так и от принятого технологического режима. Для очистки многих видов производственных сточных вод применяют биологические методы. Такие сточные воды условно можно разделить на четыре категории.

К первой категории относят сточные воды, которые нагреваются, но не загрязняются.

Ко второй – сточные воды, загрязненные органическими веществами без токсических примесей; в основном это сточные воды предприятий пищевой промышленности.

К третьей – сточные воды, содержащие биохимически окисляемые примеси и токсичные соединения. В некоторых случаях предварительное удаление токсичных соединений создает возможность дальнейшей биологической очистки, которую чаше осуществляют совместно с бытовыми сточными водами. Например, токсичные примеси кожевенных стоков – сульфиды и хром. Из сточных вод кожевенных заводов их выделяют на ло­кальных очистных сооружениях, после чего биологическая очистка идет беспрепятственно. Сточные воды многих отраслей легкой промышленности содержат ПАВ и красители – токсичные для микроорганизмов соединения, которые также удаляют из стоков перед подачей их на биологическую очистку.

Сточные воды многих видов производств (нефтеперерабатывающей промышленности, коксохимической, гидролизной и др.) содержат органические примеси, которые в обычных условиях являются ядами для микроорганизмов. К их числу относятся фенолы, спирты, нефтепродукты, сернистые соединения и т. д. Однако при соответствующей адаптации микроорганизмов и выращивании специфического активного ила биологическая очистка таких сточных вод возможна. Например, на коксохимических заводах и газогенераторных станциях сточные воды, содержащие до 1 г/л фенолов, очищаются с помощью комплекса адаптированных бактерий, способных окислять фенолы.

Четвертую категорию сточных вод представляют некоторые виды стоков, не имеющих органических примесей и загрязненных в основном кислородсодержащими солями. К ним относятся стоки гальванических цехов, обогащенные оксидами шести­валентного хрома; сточные воды некоторых производств азотной промышленности, содержащие нитраты и нитриты; сточные воды, загрязненные окисленными соединениями хлора. Биологическая очистка таких сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать окисленные соединения азота, хрома, хлора в качестве конечных акцепторов водорода мри сопряженном окислении органических веществ бытовых сточных вод или отходов производства.

Для характеристики степени загрязненности производственных сточных вод органическими веществами одной величины БПК недостаточно, так как далеко не все примеси производственных стоков могут окисляться биохимическим путем. Прибегают к определению химической потребности в кислороде (ХПК), Под ХПК понимают количество кислорода, необходимое для окисления органических веществ до диоксида углерода, воды и аммиака.

Важная характеристика производственных сточных вод – отношение БПК к ХПК. Она показывает, какая часть общего содержания органических примесей может быть окислена биохимическим путем. Считается, что биологическая очистка целесообразна, если это отношение больше 0,5, т, е. чем оно выше, тем эффективней очистка. Для бытовых сточных вод отношение БПК/ХПК достаточно постоянно и составляет 0,86; для производственных стоков оно изменяется в широких пределах.

В отличие от бытовых сточных вод многие виды производственных стоков не содержат азота и фосфора или одного из этих, биогенов, поэтому для их биологической очистки требуется добавка биогенных элементов.

На городские очистные станции поступает обычно смесь бытовых и производственных сточных вод, прошедших в случае необходимости локальную очистку на предприятиях. Такие сточные воды называют городскими.

Коллекторно-дренажные воды систем ирригации образуются и результате осуществления мелиоративных и осушительных мероприятий, проводимых для осуществления интенсификации сельского хозяйства. Коллекторно-дренажные воды различны по своему составу. Они содержат в основном примеси органического или минерального происхождения, поступающие вместе с поливочными водами и вымывающиеся из почв и грунтов, сквозь которые они просачиваются. Их характеристика зависит в основном от гидрогеологических условий местности, интенсивности и культуры применения минеральных удобрений и ядохимикатов. Состав коллекторно-дренажных вод характеризуется повышенной минерализацией и сезонными колебаниями, обусловленными графиками полива и внесения удобрений.

Показатели качества природной воды

Состав воды оценивают физическими, химическими и санитарно-биологическими показателями.

К физическим показателям относят температуру, содержание взвешенных веществ, цветность, запахи и привкусы.

Температура воды подземных источников характеризуется постоянством (8 – 12 °С). Температура воды поверхностных источников меняется по сезонам года (0,1 – 30 °С) и зависит от поступления в них подземных вод, а также сбросов использованной воды.

Прозрачность и мутность – показатели наличия в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей и др.).

Цветность воды обусловлена присутствием в воде гумусовых и дубильных веществ, белково- и углеводоподобных соединений, жиров, органических кислот и других органических соединений, входящих в состав живых и растительных организмов, населяющих воду и являющихся продуктами их жизнедеятельности или распада. Окраска воды вызывается также присутствием соединений железа, сточных вод или «цветением» водоемов. При массовом развитии водорослей вода приобретает светло-зеленую, зеленовато-бурую, темно-бурую и изумрудно-зеленую окраску.

Цветность природных вод обусловлена также гумусовыми веществами. При этом нерастворимые гумусовые вещества почвы в природных водах присутствуют лишь во взвешенном состоянии, а в коллоидно- и истинно растворенном состоянии присутствуют фульво- и гуминовые кислоты преимущественно в виде солей щелочных и щелочноземельных металлов. Цветность воды измеряется в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Для питьевой воды она не должна превышать 20°.

Привкусы и запахи природных вод могут быть естественного (присутствие железа, марганца, сероводорода) или искусственного (сброс промышленных стоков) происхождения. Различают четыре основных вкуса воды: соленый, горький, сладкий и кислый. Оттенки вкусовых ощущений, складываемые из основных, называют привкусами. Соленый вкус воды обычно обусловлен присутствием хлорида натрия, горький – сульфата магния; кислый вкус в большинстве случаев объясняется избытком растворенной углекислоты (минеральные воды); железистый привкус придают воде растворенные соли железа; щелочной – поташ, сода, едкие щелочи; вяжущий – сульфат кальция, соли марганца.

К запахам естественного происхождения относят землистый, рыбный, гнилостный, сероводородный, ароматический, болотный, глинистый, тинистый и др. К запахам искусственного происхождения – хлорный, камфорный, аптечный, фенольный, хлорфенольный, запах нефтепродуктов.

Возникновение в поверхностных водоемах запахов естественного происхождения обычно связано с массовым развитием водорослей – диатомовых, синезеленых, хризомонады и т. д. В процессе жизнедеятельности водоросли продуцируют в воду специфические органические вещества. После отмирания они гниют на дне водоема, вызывая различные привкусы и запахи. Многие плесени и лучистые грибки (например, актиномицеты) га к же вызывают привкусы и запахи естественного происхождения, которые являются сложными смесями ароматических углеводородов и кислородсодержащих соединений – кетонов, спиртов, альдегидов, эфиров и др. Эти вещества летучи, хорошо адсорбируются активным углем и разрушаются сильными окислителями.

Интенсивность и характер запахов и привкусов воды в настоящее время определяют органолептически, т. е. с помощью органов чувств по пятибалльной шкале.

Общий сухой прокаленный остаток (мг/л или мг-экв/л) – понятие, позволяющее судить о количестве солей и концентрации примесей, содержащихся в природных водах.

Общий, или плотный, остаток характеризует содержание в ноле в основном примесей неорганического происхождения. Он представляет собой остаток от выпаривания известного объема не фильтрованной воды, который затем высушивают при 110 ^оC до постоянной массы.

Сухой, или растворенный, остаток характеризует содержание минеральных солей и нелетучих органических соединений. Он получается при выпаривании известного объема определяемой воды, предварительно профильтрованной через бумажный фильтр.

Прокаленный остаток характеризует содержание в испытуемой воде неорганических примесей. Он определяется путем выпаривания известного объема воды, прокаливания полученного остатка при 800 ^оС и его взвешивании. Различают прокаленный растворенный остаток и прокаленный общий остаток. В первом случае пробу воды перед выпариванием фильтруют через бумажный фильтр, а во втором – нет. Из сказанного очевидно, что прокаленный растворенный остаток характеризует солесодержание воды. При употреблении человеком воды с повышенным содержанием солей наблюдается гиперминерализация организма, что вызывает различные функциональные заболевания.

Величина растворенного остатка лимитируется для воды, используемой при производстве кино- и фотопленки, капрона, капролактана, каучука, а также для питательной воды паровых котлов. Так, для котлов высокого давления необходима вода, значение растворенного остатка которой близко нулю.

Химический состав воды характеризуется ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостью, активной концентрацией водородных ионов (рН), сухим остатком, общим солесодержанием, содержанием растворенного кислорода, свободной углекислоты, сероводорода, активного хлора.

Солесодержание воды оценивают по сухому остатку, мг/л: ультрапресные – до 100; пресные – 100…1000; слабосоленые – 1000…3000; соленые – 3000... 10 000; сильносоленые – 10 000...50 000; рассолы – 50 000...300 000; ультрарассолы – более 300000.

О качестве природной воды судят на основе ее полного анализа. Проверка правильности определения солевого состава может быть произведена по равенству суммы главных катионов сумме доминирующих анионов, выраженных в мг/л и пересчитанных в мг-экв/л согласно уравнению:

Расхождение между левой и правой частями выражения не должно превышать 5 %.

Хлориды и сульфаты (мг/л или мг-экв/л) благодаря своей высокой растворимости присутствуют во всех природных водах обычно в виде натриевых, кальциевых и магниевых солей. Растворимость поваренной соли составляет 360 г/л, а хлористого магния – 545 г/л. В природных водах может быть от 60 до 100 мг/л сульфат-ионов. При отсутствии в воде кислорода сульфат-ионы под действием сульфатредуцирующих бактерий восстанавливаются до сероводорода.

Щелочность воды (мг-экв/л) определяется суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот – угольной, органических. Различают бикарбонатную, карбонатную и гидратную щелочность, а их сумма определяет общую щелочность воды. Щелочные металлы (мг/л) в природных водах обычно представлены ионами калия и натрия с преобладанием последнего.

Жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Жесткость воды выражают в мг-экв/л (1 мг экв/л жесткости, или 12,16 мг/л ионов магния). За рубежом жесткость поды измеряют различными градусами жесткости: один немецкий градус составляет 10 мг/л СаО; английский – 10 мг СаСО₃ в 0,7 л воды; французский – 10 мг/л СаСО₃; американский – 1 мг/л СаСОз . Различают карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды. Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде карбонатных и бикарбонатных солей кальция и магния. При кипячении воды она легко устраняется, так как бикарбонаты распадаются с образованием углекислоты и декантацией карбоната кальция и гидроксида магния. Некарбонатная жесткость обусловлена кальциевыми и магниевыми солями серной, соляной, кремниевой и азотной кислот. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости определяет общую жесткость воды.

Железо и марганец присутствуют в природных водах в формах, зависящих от величины рН и окислительно-восстановительного потенциала. Так, железо может находиться в формах двух- и трехвалентных ионов, органических и неорганических коллоидов, комплексных соединений, тонкодисперсной взвеси, сульфида железа, гидроксидов железа. В подземных водах при отсутствии кислорода железо и марганец встречаются обычно в форме двухвалентных солей. В поверхностных водах железо и марганец встречаются в форме органических комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсных взвесей. Обычно содержание железа и марганца в природных водах не превышает нескольких десятков мг/л, а в шахтных водах достигает нескольких сот мг/л и более. Длительное употребление человеком воды с повышенным содержанием железа может привести к заболеванию печени (гемосидерит), такая вода неприятна на вкус, причиняет неудобства и быту. Поэтому содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л, а марганца – 0,1 мг/л.

Активная реакция воды является показателем ее щелочности или кислотности, количественно характеризуется концентрацией водородных ионов. Молекулы воды диссоциируют на ионы водорода и гидроксила: Н₂О → Н⁺ + ОН-

Константа равновесия К для этой реакции определяется уравнением

[Н⁺][ОН^-]/[Н₂О] = К

Произведение концентраций ионов водорода и гидроксида в водном растворе К – величина постоянная для любого водного раствора при данной температуре. При комнатной температуре можно принять К = 10^-14. Тогда в нейтральном растворе концентрации водородных и гидроксильных ионов равны, т.е. |Н⁺] = [ОН] = 10^{-7 г ионов/л.}

По концентрации водородных ионов можно заключить о кислотности или щелочности воды, т. е. при (Н⁺) > I0^-7 растворы имеют кислую реакцию, а при [Н⁺] < 10^-7 – щелочную.

На практике активную реакцию воды выражают водородным показателем рН, являющимся отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов, т. е. рН = – lg[H⁺],

Для нейтральной воды рН = 7, для кислой – меньше 7 и для щелочей – больше 7. Природные воды по величине рН можно классифицировать на кислые рН = 1...3, слабокислые рН = 4...6, нейтральные рН = 7; слабощелочные рН = 8...10, щелочные рН = 11...14. Активная реакция природных вод обычно варьирует в пределах 6,5...8,5, что соответствует лимитам питьевой воды.

Окисляемость воды (т. е. количество кислорода в мг/л, эквивалентное расходу окислителя, необходимого для окисления примесей в данном объеме) обусловливается присутствием органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических примесей, В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную и бихроматную окисляемость. При этом окисляемость в 1 мгО/л соответствует окисляемости 0,253 мг/л КМnО₄.

Резкое повышение окисляемости воды свидетельствует о ее загрязнении органическими примесями. По величине окисляемости природной воды можно судить о ее гигиенической характеристике. Для питьевой воды окисляемость не лимитируется. Она ограничивается для питательной воды котлов, вызывая ее вспенивание; охлаждающей воды, из-за возможного биообрастания труб и аппаратуры; воды, используемой при изготовлении синтетических волокон и пластмасс и т. п.

Азотсодержащие вещества (ионы аммония, нитритные и нитратные) образуются в воде в результате восстановления нитритов и нитратов железа сероводородом, гумусовыми веществами и т, д. либо в результате разложения белковых соединений, вносимых в водоем со сточными водами. В последнем случае вода ненадежна в санитарном отношении. В артезианских водах содержание нитритов достигает десятых долей мг/л, а в поверхностных – до тысячных долей мг/л. Формы азотсодержащих соединений, присутствующих в воде, позволяют судить о времени внесения в водоем сточных вод. Например, присутствие ионов аммония и отсутствие нитритов свидетельствуют о недавнем за­грязнении воды.

Кремний присутствует в природных водах в форме органических и минеральных соединений. В воде поверхностных источников содержится от десятых долей до нескольких мг/л кремния, а в подземных водах оно достигает десятков мг/л.

Соединения фосфора встречаются в природных водах в виде суспендированных частиц минерального и органического происхождения, ионов ортофосфорной кислоты для сложного органического комплекса. В природных водах соединения фосфора присутствуют в малых количествах, но существенно влияют на водную растительность. Содержание соединений фосфора в питьевой воде не регламентировано.

Фтор в природных водах содержится до 18 мг/л и более. Однако подавляющее большинство источников централизованного водоснабжения в нашей стране характеризуется содержанием фтор-иона до 0,5 мг/л. Фтор является активным в биологическом отношении микроэлементом, количество которого в питьевой воде во избежание кариеса или флюороза должно быть в пределах 0,7…1,5 мг/л.

Йод в природных водах присутствует в ничтожных количествах и является очень важным биологическим микроэлементом, содержание которого в питьевой воде во избежание эндемического зоба не должно быть менее 10^-8 мг/л.

Токсические вещества – мышьяк, стронций, бериллий и др., а также радиоактивные вещества – уран, радий обычно попадают в водоемы со сбросом сточных вод.

Растворенные в воде газы – кислород, углекислоты, сероводород, метан и азот оказывают существенное влияние на качество воды. Так, углекислота, сероводород, кислород придают воде при определенных условиях коррозионные свойства по отношению к металлам и бетонам.

Сероводород в природных водах встречается органического (продукт распада органических соединений) и неорганического (растворение минеральных солей – серного колчедана, гипса и др.) происхождения. Сероводород в природных слоях поверхностных вод бывает в незначительных количествах. В подземных водах его количество достигает нескольких десятков мг/л. Присутствие сероводорода в воде придает ей неприятный запах, способствует коррозии металла и может вызвать зарастание трубопроводов в результате интенсивного развития серобактерий.

Кислород попадает в воду при контакте с воздухом. Его содержание зависит от температуры и давления. В артезианских водах кислород не встречается, а в поверхностных концентрации его довольно велики. В поверхностных водах содержание кислорода уменьшается при наличии организмов брожения, гниения органических остатков и т. п. Резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение.

Азот в природные воды проникает из воздуха при разложении органических остатков, а также при восстановлении соединений азота динитрофицирующими бактериями. Образующийся в воде в процессе гниения растений аммиак существенно влияет на технологию хлорирования воды.

Метан присутствует в природных водах, используемых для водоснабжения, как правило, в незначительных количествах. Однако в болотных водах, где протекают процессы разложения клетчатки растительных остатков, а также в подземных водах газонефтеносных районов содержание метана доходит до 30 мг/л и более.

Гидробионты, населяющие природные воды, в процессе жизнедеятельности влияют не только на состав окружающей водной среды, но и на качество воды.

На процессы формирования и самоочищения воды гидротация оказывает значительное влияние, так как многие ее представители используют растворенные органические вещества, некоторые животные-фильтраторы питаются бактериями, водорослями и т. п.

Санитарно-бактериологическим показателем качества воды являются коли-титр или коли-индекс, а также общее число содержащихся в воде бактерий. Бактерии и вирусы из числа патогенных, т. е. паразитов, живущих на живом субстрате, развивающихся в воде, могут вызвать заболевания брюшным гифом, дизентерией, бруцеллезом, инфекционным гепатитом, острым гастроэнтеритом, сибирской язвой, холерой, полиомиелитом, туляремией, конъюнктивитом и т. д.

Бациллы в неблагоприятных жизненных условиях образуют споры, которые могут сохраняться в жизнеспособном состоянии в течение сотен лет. При попадании в благоприятные условия споры прорастают и бактерии начинают вновь размножаться.

Вирусы – мельчайшие живые существа размером 16…30 мкм, видимые только под электронным микроскопом. В отличие от бактерий они не имеют клетчатой структуры и состоят из нуклеиновой кислоты, покрытой белковой оболочкой, имеют шаро- и кубообразную форму или форму прямых и изогнутых палочек. Вирусы являются внутриклеточными паразитами. Среди них встречаются бактериофаги, паразитирующие в клетках бактерий и вызывающие их разрушение и гибель.

Вирусы не размножаются на искусственных питательных средах. На холоде фильтрующиеся вирусы сохраняют свою активность на протяжении многих лет. При высушивании они приобретают стойкость к повышенным температурам.

Между микробами водоемов существуют взаимоотношения симбиотического, нейтрального и антагонистического характера. Антагонисты бактерий – различные грибки, выделяющие антибиотики (пенициллин, стрептомицин и др.), летально действуют на микробы, что способствует самоочищению водоемов.

Для каждого вида микробов существует оптимальное значение рН среды, отклонение от которой вызывает коагуляцию коллоидов протоплазмы и нарушает каталитическую функцию ферментов клетки. Для многих бактерий оптимальным является рН воды 7,0, для нитритных бактерий – 4,7...8,8, нитратных – 6,5...9,3, серобактерий – 1,0...4,0, кишечной палочки – 4,4...7,8. Солнечный свет и ультрафиолетовые лучи оказывают летальное действие на микробы.

В связи с тем что при биологическом анализе воды определение патогенных бактерий затруднено, бактериологические определения сводятся к нахождению общего числа бактерий в 1 мл воды, растущих при 37 °С, и кишечной палочки – бактерии коли. Наличие последней имеет индикаторные функции, т. е. свидетельствует о загрязнении воды выделениями людей и животных и т. п. Минимальный объем испытуемой воды (мл), приходящийся на одну кишечную палочку, называют коли-титром, а количество кишечных палочек в 1 л воды – коли-индексом.

2 Требования водопользователей к качеству воды

По целевому назначению природные воды подразделяют на пять групп:

• питьевая и используемая в пищевой промышленности;

• для рекреационных целей;

• технологическая, необходимая в ряде производств или их отдельных этапов (для разбавления, процессов мойки, отбеливания, например, бумажная, текстильная, кожевенная и другие отрасли промышленности; в паросиловом хозяйстве; для охлаждения различных элементов конструкций, в холодильных установках и конденсаторах, для охлаждения жидких и газообразных продуктов в ряде производств);

• для рыбохозяйственных целей;

• для нужд сельского хозяйства.

К воде потребители предъявляют самые разнообразные требования, согласно которым ее можно классифицировать:

• для хозяйственно-питьевых целей, коммунальных предприятий, а также для нужд пищевой и некоторых других отраслей промышленности;

• охлаждения (технологического оборудования, охлаждения пара, жидких и газообразных продуктов, доменных и мартеновских печей, конденсаторов турбин и паровых машин; вагранок, кузнечных молотов и др.);

• нужд паросилового хозяйства (питание паровых котлов АЭС, ГРЭС и ТЭЦ);

• технологических нужд промышленности, где вода может входить в состав продукции или контактировать с ней;

• заводнения нефтяных пластов;

• нужд сельского хозяйства.

Хозяйственно-питьевая вода должна отвечать требованиям качества, которые регламентированы СанПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая» и СанПиН 4630-88.

Воду для охлаждения используют для непрерывно работающих агрегатов или для отведения теплоты от производственных продуктов. Воду при охлаждении обычно используют многократно, подвергая охлаждению. Качество охлаждающей воды нормируется условиями применения, Охлаждающая вода не должна давать отложений в трубах и аппаратах, по которым она подается, так как отложения затрудняют теплопередачу и сокращают их живое сечение. Вода, используемая для охлаждения, не должна содержать крупных минеральных взвесей, большого количества железа и органических веществ во избежание засорения или биообрастания трубок холодильных аппаратов и конденсаторов. В оборотных системах при нагреве воды теряется углекислота и возрастает вероятность накипеобразоваиия. Этот процесс усиливается с повышением содержания в исходной воде бикарбоната кальция, с интенсивностью упаривания воды в системе, с увеличением потери углекислоты, с уменьшением содержания в охлаждающей воде органических веществ, которые препятствуют выпадению в осадок карбоната кальция, с повышением температуры нагрева охлаждающей воды и пр. Следовательно, качество воды, используемой для охлаждения, при котором не происходит в холодильных аппаратах зарастания живого сечения и не возникает коррозии, должно рассчитываться для конкретных условий с учетом всех вышеприведенных факторов.

Вода для нужд паросилового хозяйства не должна образовывать накипи, вызывать коррозию металла и вспениваться, не должна способствовать уносу солей с паром. Использование жесткой воды приводит к накипеобразованию на поверхности нагрева, что ухудшает теплопередачу, вызывает перерасход топлива и перегрев металла, а в конечном счете в результате образования свищей и при карбонатном обрастании происходит разрыв труб.

Термический распад бикарбонатов, сопровождаемый возрастанием концентраций других растворенных в воде солей, что связано с непрерывным выпариванием, приводит к их выпадению из раствора и образованию накипи на стенках котла. При этом наибольшую опасность представляют соли с отрицательным термическим коэффициентом растворимости (соли, растворимость которых уменьшается с повышением температуры воды) –карбонат кальция, силикаты магния и кальция, сульфат кальция, образующие твердую накипь.

Соли с положительным термическим коэффициентом растворимости – карбонат, сульфат, фосфат и хлорид натрия осаждаются только из высоко концентрированных растворов, формируя накипь в виде рыхлого шлама. Присутствие этих солей снижает растворимость солей магния и кальция и поэтому способствует образованию накипи.

Вспенивание котловой воды вызывается присутствием фосфатов, щелочей, нефти, смазочных масел и синтетических поверхностно-активных веществ. Оно приводит к загрязнению пара и отложению примесей на лопатках турбин. Хлориды и сульфаты способствуют уменьшению вспенивания, коагулируя коллоидные соединения фосфатов.

При оценке качества питьевой воды особое внимание следует уделять щелочам, которое являются активными, пептизаторами и переводят в коллоидное состояние грубодисперсные вещества, создавая опасность загрязнения пара. Вместе с тем присутствие в воде щелочи значительно уменьшает растворимость соединений железа, предотвращая коррозию металла. В этих условиях образующийся при коррозии гидроксид железа осаждается из раствора на поверхность металла, формируя плотную защитную пленку. Поэтому рекомендуется подпитывать системы свежей водой с минимальным содержанием щелочи в пределах 25...50 мг/л едкого натра. Наличие в воде кремниевой кислоты недопустимо, так как это приводит к образованию в котлах высокого давления плотной с низкой теплопроводностью накипи.

Вода для технологических нужд промышленности в зависимости от ее целевого использования должна отвечать самым разнообразным требованиям. Так, в воде, используемой в горнодобывающей промышленности при добыче, отмывке, сортировке, гидротранспорте и обогащении полезных ископаемых, должны отсутствовать грубые взвеси. Специфические требования предъявляются к воде, используемой для обработки готовой продукции, а также к воде, входящей в состав продукта.

Ряд предприятий предъявляют к воде требования, значительно превышающие лимиты требований СанПиН 2.1.4.1074-01. Например, в.воде, используемой для изготовления кинофотопленкн, фотобумаги, не должны присутствовать марганец, железо, кремнекислота и должны быть ограничены окисляемость воды и содержание хлоридов. В воде, используемой для приготовления растворов кислот и щелочей, красителей, мыла, жесткость должна быть до 0,35 мг-экв/л.

На промышленных предприятиях вода используется в основном для вспомогательных технологических операций и в состав продукции входит в небольших количествах и лишь в некоторых технологических процессах.

В бессточных системах водного хозяйства технологические линии размещают из условия последовательного и многократного использования в них вод. Это дает возможность сократить потребление свежей воды и уменьшить загрязнения сточных вод. При этом необходимо учитывать требования к качеству вод.

Вода для нужд сельского хозяйства (птице- и зоофермы, животноводство, орошение, мелиорация и др.) по своему качеству должна соответствовать целевому использованию. Для водопоя птиц, зверей и животных на фермах следует подавать воду питьевого качества. При невозможности соблюдения этого правила допускается производить водопой животных водой с повышенным минеральным составом, а именно: сухой остаток –до 1000…5000 мг/л, хлориды – до 400…2000 мг/л, сульфаты – до 500…2400 мг/л, общая жесткость – до 14...45 мг-экв/л. Кроме того, допускается водопой водой с повышенной цветностью, с привкусами и запахами, при ее температуре 8...15 °С. При этом качество воды принимается в зависимости от вида и возраста животных. Водопой зверей и птиц водой непитьевого качества в каждом конкретном случае должен быть разрешен органами ветеринарного надзора. Для аридных и полуаридных регионов нашей страны утверждены специальные нормы качества воды для водопоя и хозяйственных нужд.

Основным требованием к качеству орошаемой воды является предотвращение засоления почв в результате испарения воды и аккумуляции содержания в ней солей. Четко сформулированных регламентации качества воды для орошения нет. Практика показывает, что сульфаты магния и натрия, углекислый и хлористый натрий засолоняют почвы и делают их непригодными для агротехнических целей. Поливные воды, содержащие небольшое количество сульфата кальция и углекислого магния, могут быть использованы для поливного земледелия. Минерализация поливных вод в зависимости от метеорологических и агротехнических факторов, от условий полива и дренажа может меняться в широких пределах, не превышая 1,5 г/л. Поливная вода с солесодержанием до 1 г/л пригодна для орошения независимо от местных условий.

3. Факторы, воздействующие на качество воды

В современных условиях хозяйственной деятельности антропогенное воздействие на гидросферу стало нарушать естественные природные процессы. Приобретенная в процессе эволюции способность природы к саморегулированию в условиях естественных изменений среды стала ослабляться. Человек, внося искусственные изменения в природную среду без учета законов природы, нарушает их устойчивость, что часто приводит к непоправимым и пагубным изменениям в экосистемах, прогрессирующему разрушению биосферы. В тяжелых условиях оказались воздушная и водная среды. Проблема получения чистого воздуха и свежей воды стоит перед более чем третью частью населения планеты.

Проблема охраны природных вод наиболее остро встала перед промышленно развитыми странами. В особенно трудном положении находятся малые реки в густонаселенных промышленных районах, водные ресурсы которых не обеспечивают нужды народного хозяйства. Часто эти реки доводят до полного истощения.

Качество воды оценивается концентрацией в ней вредных примесей. В настоящее время еще не удалось создать достаточно эффективных очистных сооружений для канализационных стоков отдельных отраслей промышленности. В связи с этим нормальная работа таких предприятий зависит от степени разбавления концентрированных сточных вод чистой водой. Поэтому в условиях интенсивного отбора воды для нужд быстро развивающегося народного хозяйства, даже при современных методах очистки сточных вод, загрязнение водоисточников будет продолжаться.

Санитарное состояние водоемов различных районов страны в значительной мере зависит от степени концентрации на них промышленности, ее характера, а также обжитости водоема.

Для севера и северо-западных районов европейской части страны характерно загрязнение водоемов, свойственное предприятиям целлюлозно-бумажной, гидролизной, и деревообрабатывающей промышленности, а также лесосплаву. На Урале, в Кузнецком и Донецком бассейнах загрязнения вод определяются отходами черной и цветной металлургии, заводами коксохимии, а также шахтными водами. В Западной Сибири, Поволжье, Башкирии и Азербайджане водоемы загрязняются прежде всего нефтепродуктами.

В районах интенсивного. сельского хозяйства (Украина, Молдова, юго-восток РФ, страны Средней Азии) воды в значительной степени загрязнены удобрениями и пестицидами.

Тенденция в изменении качества воды различных водных объектов неодинакова. Наблюдается как улучшение, так и ухудшение качества воды или его стабилизация.

Подвергаются загрязнению и наиболее ценные источники водоснабжения населения – подземные воды.

Основными источниками загрязнения подземных вод являются накопители промышленных отходов, закачка загрязненных вод в глубокие слои, инфильтрация загрязнений с промышленных и городских территорий, фильтрация из загрязненных рек. Наиболее распространены химическое и бактериальное загрязнения. Проникновению загрязнений в подземные горизонты способствует интенсивное использование подземных вод.

4. Влияние гидрологических и метеорологических факторов на качество воды

Качество воды в водотоках и водоемах зависит от интенсивности загрязнения и расхода воды в реке, а также от ее температуры. В водохранилищах качество воды зависит также от интенсивности водообмена.

Качество воды в реке (при Т = const и G = const, G – нагрузка сточными водами) характеризуют концентрация и интенсивность загрязнения сточными водами:

C = α + G / Q + sQ,

где α – коэффициент интенсивности загрязнений, пропорциональный расходу Q воды в реке; s – коэффициент паводковых, вод, характеризующий очищающую способность пойменной территории. Коэффициенты α и s определяют экспериментально и фактически. Для сильно загрязненных сточными водами рек:

С = α + G / Q

Зависимость концентрации веществ загрязнения от расхода может быть представлена следующим образом:

C = βQ^--b,

где β и b – коэффициенты, определяемые натуральными исследованиями.

Показатели качества воды существенно зависят от расхода воды в реке. При оценке необходимо иметь данные, характеризующие качество воды в расчетные маловодные периоды:

C_p = γn(C_n + C_ф.п) + C_ф.р,

где γ – коэффициент, учитывающий различные интенсивности процессов превращения (при разной продолжительности движения воды в реке от источника загрязнения до расчетного створа), в первом приближении γ = 1; n – кратность разбавления n < 30 (n = Q/Q_р); C_n, С_р – концентрация ингредиента при произвольном Q_n и расчетном Q_р расходах воды; С_ф.п С_ф.р – фоновые концентрации воды при произвольном и расчетном расходах реки.

В морских условиях (при отсутствии ледяного покрова) вода поверхностных слоев почти всегда насыщена кислородом и необходимость расчетов кислородного баланса имеет место лишь в глубинных слоях, например во впадинах, в случае глубоководных канализационных выпусков и пр. Почти все приведенные выше формулы соответствуют температуре воды 20°С.

Качество воды в водотоке существенно зависит от температуры воды и интенсивности турбулизации потока.

В процессе превращения часть веществ загрязнения осаждается на дно водного объекта и образуется потенциальный источник вторичного загрязнения. При определенных условиях химически связанные вещества могут перейти вновь в растворимые и влиять на качество воды водоема.

Верхний слой донных отложений окисляется при наличии в воде кислорода и аэробных бактерий. В противном случае, а также в глубинных слоях ила протекают анаэробные процессы превращения с выделением газов брожения.

Анаэробные процессы протекают на два-три порядка медленнее, чем в аэробных условиях. Надежных расчетных зависимостей для определения вторичных процессов превращения пока еще нет.

5. Фоновые воды и их качественные показатели

Человеческая деятельность изменяет состояние ландшафтов, которое формировалось исключительно под действием природных факторов. При решении практических задач охраны водных объектов условно принимают фоновыми участки рек (или озер), расположенные вне непосредственного влияния источников загрязнения. Этим требованиям отвечают верховья рек или их притоков.

Химический состав вод местного стока (стока одинаковых по происхождению вод, формирующихся в пределах определенной местности в приблизительно одинаковых условиях склонов и почвогрунтов) зависит от категории воды и характера питания рек и водоемов в годичном цикле. В озерах одним из основных факторов, определяющих качество, является характер водного питания. Полевые исследования позволяют построить изолинии качества речных вод, соответствующих определенному генетическому классу и интенсивности водообмена. Генетический подход позволяет определять качество воды водоемов. Для рек генетический принцип не подходит, так как при этом не учитываются колебания стока в годичном и многолетнем периоде, а также неравномерность одновременных стоковых характеристик по территории. Определение гидрохимических показателей фоновых участков рек с учетом характеристик стока позволяет определять показатели воды при расчетных расходах. Предполагается, что между гидрохимическими ингредиентами и речным стоком существует коррелятивная зависимость. Существование связи между параметром стока и рассматриваемым ингредиентом дает возможность определить их значения, соответствующие расходу произвольной обеспеченности. Расчетные, показатели воды определяют обычно при обеспеченностях речного стока Р = 75...97% (в зависимости от решаемой задачи). Метод дает хорошие результаты при изучении гидрохимических ингредиентов, характеризующих минеральный состав стока. Установлена коррелятивная зависимость (коэффициент корреляции γ = 0,9):

∑i = klgM + d,

где ∑i – сумма ионов, мг/л; k – коэффициент; М – модуль стока, л/(с∙км²); d – постоянная.

Отсутствует связь между стоком и ингредиентами, характеризующими содержание в реках органических веществ (БПК, окисляемость и пр.). Прямой связи нет также между окисляемостью и БПК. Поэтому значения БПК и окисляемости должны рассматриваться по кривым обеспеченности типа БПК₅ = f(Р%). БПК имеет обычно два максимума: в паводок, когда частично смывается поверхность грунта, и осенью во время увядания растительности.

Для пересчета пятидневных значений БПК на полные для фоновых значений загрязненности вод можно пользоваться коэффициентом пересчета 1,5...2 (для рек с болотным питанием принимается коэффициент пересчета 2). Таким образом, фоновые значения БПК для рек и водоемов со значительным питанием болотных вод превышает часто значения ПДК, что указывает на необходимость корректировки ПДК с учетом местных условий. Погрешность при оценке фоновых значений БПК достигает ±0,2 мг/л (при не менее двукратной повторности) и более. В морской воде фоновые БПК могут быть приняты 2 мг/л.

При определении допустимой нагрузки водоемов загрязнениями существенное значение имеет кислородный режим. Содержание растворенного в воде кислорода не падает в фоновых участках рек ниже 6...8 мг/л, а зимой – ниже 8...10 мг/л, т. е. дефицит в кислороде составляет 20...40%. Обедненные кислородом воды наблюдаются в зонах грунтового питания и под сплошным ледяным покровом (в озерах требуется часто дополнительная аэрация).

Токсических и прочих вредных веществ и микробов в воде фоновых участков рек, озер и морей, как правило, не содержится. Исключением являются фенольные соединения растительного происхождения (продукты разложения древесины и др.), которые в малых концентрациях обнаружены даже в верховьях ряда горных рек. При качественной оценке и прогнозах последствий сброса в водоемы и реки сточных вод существенное значение имеют, условия разбавления и смешения сточных вод, что зависит в значительной степени от гидрологического режима и морфометрии русла реки. Процессам, разбавления способствуют поперечные течения, зависящие от коэффициента извилистости русла:

ε = l_ф / l_пр,

где l_ф – длина участка водотока, измеренная по фарватеру; l_пр – длина этого же участка, измеренная по прямой.

При ε < 1,2 река прямолинейная, при ε = 1,2...1,4 умеренно извилистая и при ε > 1,4 – сильно извилистая. Реки типизируют также по скорости течения, расходу и коэффициенту Шези и делят на горные, предгорные и равнинные. Для разделения рек на группы по их величине можно воспользоваться классификацией, согласно которой ручьями называют водотоки с площадью водосбора А < 10 км²; малыми реками с А < 5000 км²; l = 50...250 км, Q = 2,5...50 м³/с; средними реками водотоки с A = 5000...50 000 км², l = 250 ...600 км, Q = 50...500 м³/с, большими реками водотоки с A > 50 000 км², l > 600 км и Q > 500 м³/с.

Фоновые значения интенсивности загрязнений рек и водоемов являются важной предпосылкой при определении предельно допустимой нагрузки сточными водами.

6. Загрязнение рек и водоемов вредными веществами

Вещества загрязнения поступают в водную среду в виде концентрированных выбросов или в результате диффузии. Значительный объем загрязнений сбрасывается со сточными водами городов и поселков и промышленных предприятий. Сток в течение времени (суток, недели, года) происходит неравномерно, имея, как правило, два суточных максимума (утренний и вечерний) и глубокий ночной минимум. Неравномерность стока оценивается обычно коэффициентами суточной (k_сут) и часовой (k_ч) неравномерности. Коэффициенты неравномерности притока сточных вод доходят до 2 и более, что значительно осложняет работу канализации города. Более стабильны расходы сточных вод от различных промышленных предприятий.

Состав сточных вод зависит от источника загрязнения и изменяется во времени, причем суточные колебания содержания различных ингредиентов составляют 3...4 раза и более.

Загрязнения, содержащиеся в сточных водах, можно делить на нерастворенные, коллоидные (частицы от 0,1 до 0,001 мм) и растворенные вещества. По происхождению загрязнения бывают минеральные, органические и бактериальные. Минеральные загрязнения состоят из песка, растворов минеральных солей, кислот и пр. Органические загрязнения являются хорошей средой для развития бактерий, вирусов, грибков, составляющих бактериальное загрязнение.

Нерастворенные вещества перемещаются по дну (песок) либо находятся во взвешенном состоянии. Остаток сухого вещества (взвесь) в миллиграммах на литр – один из основных показателей сточных вод. По содержанию взвеси определяют требуемую степень механической очистки сточных вод.

Органические вещества содержат кроме углерода, азот, фосфор, калий, серу, хлорные соединения и пр. Количество биохимически окисляемых органических веществ определяется, как говорилось выше, величиной БПК и ХПК.

Бактериальное состояние рек и водоемов зависит от содержания в них болезнетворных (патогенных) и индикаторных бактерий, указывающих на возможность наличия в сточных водах патогенных микробов. В качестве основного показателя индикаторных бактерий используют коли-титр или коли-индекс.

7. Эвтрофикация и токсификация водоемов

Из-за значительного объема загрязненных стоков качество воды в регионах не отвечает нормативным требованиям. Общий объем сточных вод, сброшенных в поверхностные водные объекты по России в целом, составляет более 60 км³, в том числе 22,4 км³ неочищенных и сильно загрязненных. Качество поверхностных вод большинства водных объектов Российской Федерации, несмотря на постоянный спад производства и уменьшение объема сброса загрязняющих веществ, по-прежнему не отвечает нормативным требованиям. Крупнейшие реки России, играющие ведущую роль в водоснабжении населения, промышленности и сельского хозяйства – Волга, Дон, Кубань, Обь, Енисей, Лена, Печора – оцениваются как «загрязненные», а их притоки – как «сильно загрязненные».

Нерациональное ведение сельского хозяйства и увеличение объема бытовых и промышленных стоков приводит к значительному росту количеств биогенных и органических веществ, поступающих в водоемы. Это ведет к увеличению трофического статуса водоемов, сокращению их биологического разнообразия, и ухудшению качества воды. Дополнительной причиной эвтрофирования является поступление биогенов на территорию водосборов с атмосферным переносом. Процесс эвтрофирования, начавшись в Западной Европе в 1950-1960 гг., пришел к нам с опозданием на 10-15 лет, и в 1970-1980-е годы охватил практически все водоемы Европейской части России.

В процессе эвтрофирования происходят принципиальные изменения в трофической структуре экосистемы, начиная от бактерио-, фито- и зоопланктона и кончая рыбами. На обогащение биогенными и органическими веществами водные экосистемы отвечают, прежде всего интенсивным развитием водорослей и цианобактерий, переводящих избыток питательных элементов в биомассу. Их бурное размножение вызывает «цветение» воды. Основными агентами «цветения» в большинстве случаев оказываются цианобактерии (aphanizomenon, microcystis, anobaena, oscillatoria). Избыточное развитие цианобактерий и водорослей имеет глубокие отрицательные последствия для пресноводных экосистем. Цианобактерии выделяют в воду метаболиты, токсичные для беспозвоночных, рыб, теплокровных животных и человека. Цветение воды приводит к дефициту кислорода и заилению грунтов водоемов. Создаются благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры и возбудителей заболеваний, в том числе и холерного вибриона. В структуре зоопланктона и рыбного населения происходит замещение крупных и долгоживущих форм на мелкие и раносозревающие. Ценные промысловые рыбы с длинным жизненным циклом заменяются «сорными» рыбами с высоким уровнем воспроизводства и высоким приростом продукции. Смена рыбной части сообщества происходит, как правило, к следующей последовательности: лососевые → сиговые → корюшковые → окуневые → карповые. Глубокие перестройки происходят и в растительных компонентах экосистем. Суммарная продукция и биомасса увеличиваются, трофическая структура упрощается, видовое разнообразие падает.

Особая опасность этих процессов заключается в том, что они, видимо, носят необратимый характер.

Сегодня наметился процесс, обратный эвтрофированию водоемов – их ре-олиготрофизация. В водоемах России он связан со спадом промышленного производства в 1990-е годы и со снижением употребления удобрений в сельском хозяйстве. Прежде всего этот процесс замечен на малых реках в Европейской части России. Однако в процессе ре-олиготрофизации структура рыбного населения не возвращается в первоначальное состояние.

Токсификация водоемов. Особую опасность таит в себе поступление в водные экосистемы токсических веществ. В последние годы наблюдается усиленное загрязнение водоемов тяжелыми металлами, фенолами, нефтепродуктами и другими токсикантами. Химические показатели не могут дать полного представления о токсичности среды, они не учитывают синергетические, кумулятивные или антагонистические эффекты от одновременного присутствия многих загрязнителей и поэтому не могут служить надежной основой для прогнозирования экологических последствий загрязнения. Химический анализ дает представление о содержании веществ в воде или в организмах только в момент отбора проб, однако мало что говорит о воздействии загрязнителей на гидробионтов. В то же время хорошо известно, что состояние гидробионтов и интегральная биологическая оценка «здоровья» экосистемы может служить обобщенным показателем экологического состояния водоема.

Проблема токсификации становится актуальной еще тогда, когда концентрация токсикантов в воде не превышает установленных ПДК, поскольку подавляющее большинство гидробионтов обладает ярко выраженными аккумулятивными способностями. В силу этого они сами становятся токсически опасными. Коэффициенты накопления у многих гидробионтов крайне высоки.

Пагубные последствия токсификации водоемов проявляются на организменном, популяционном и биоценотическом уровнях. На организменном уровне нарушаются многие физиологические функции, изменяется поведение особей, снижается темп их роста, снижается резистентность различным стрессовым состояниям внешней среды, возникают повреждения в генетическом аппарате, происходит трансформация исходного генофонда. На популяционном уровне под воздействием загрязнения происходят изменения численности и биомассы, смертности и рождаемости, размерной, возрастной и половой структуры. На биоценотическом уровне происходит изменение видового разнообразия, смена доминантных видов, изменение видового состава, изменение интенсивности метаболизма биоценоза.

Каждый из токсикантов обладает специфическим механизмом действия. Например, тяжелые металлы и их соединения наряду с непосредственным токсическим действием на организм могут вызывать мутагенные, гонадотоксические, эмбриотоксические и другие эффекты. Тяжелые металлы имеют ярко выраженную способность повреждать ферментативные системы организмов. Так, ртуть, серебро и медь, блокируют многие ферментативные реакции. Цинк уже в концентрации 0,065 мг/л ингибирует фосфорилирущее дыхание. Соли тяжелых металлов способны накапливаться в воде и донных отложениях, сохраняя при этом в течение длительного времени активную форму. Тяжелые металлы крайне медленно выводятся из организма, что служит предпосылкой так называемого эффекта пищевой цели - нарастания концентрации в организмах последующих трофических уровней. Например, самые высокие концентрации ртути в пресноводных экосистемах найдены в рыбах.

Токсифицирование пресноводных экосистем связано также с поступлением в них пестицидов. Персистентные пестициды, интенсивно применявшиеся в СССР в 50-60-е годы, прочно вошли в круговорот веществ. По мере их вымывания из почв и накопления в водоемах они оказывают все более пагубное воздействие на водные экосистемы. Это воздействие часто носит скрытый характер и проявляется неожиданно в виде массовой гибели рыб и водных беспозвоночных. В трофических цепях концентрации пестицидов возрастают в среднем в 10 раз при каждом переходе с более низкого уровня на более высокий. Чем длиннее трофическая цепь, тем выше оказывается концентрация в последнем звене. Происходит биологическая концентрация пестицидов в воде и илах до миллиграммов и десятков миллиграммов на 1 кг веса рабы. Поэтому даже самые минимальные концентрации персистентных пестицидов в воде и донных отложениях представляют угрозу высшим трофическим звеньям.

Существенные негативные последствия для пресноводных экосистем имеет загрязнение водоемов и водотоков и другими токсикантами, например антисептиками, такими, как соединения мышьяка, соли фтористоводородной кислоты и т.п.

Смешанное загрязнение токсическими и органическими веществами. В зависимости от того какие компоненты – органические или токсические преобладают, в экосистеме на фоне эвтрофирования, даже при высоких концентрациях кислорода могут происходить процессы угнетения или полной гибели животных. В таких условиях – увеличение биомассы, или рост численности животных наблюдается лишь до класса «грязных» вод. В классе «грязных» вод наблюдается значительное снижение численности и биомассы животных, а следовательно и самоочистительной способности водоема.

Закисление водоемов. В последние годы проблема токсифицирования водоемов в большой степени осложняется подкислением озерной воды в результате выпадения кислых атмосферных осадков, механизм образования которых связан с вымыванием из атмосферы окислов азота и серы, образующихся при сжигании ископаемого топлива и других видах хозяйственной деятельности человека. Подкислению озерной воды сопутствует повышение концентрации токсических металлов, таких, как алюминий, марганец, кадмий, свинец, ртуть, за счет их высвобождения из почв и донных осадков. В озерных водах с повышенной бикарбонатной щелочностью образуются дополнительные количества свободной угольной кислоты, оказывающей токсическое действие на гидробионтов. В России проблема подкисления озерных вод в результате трансграничного переноса с воздушными потоками и выпадения кислых атмосферных осадков, прежде всего окислов серы, наиболее четко обозначилась в Карелии и на Кольском полуострове. В Карельских и Кольских озерах, расположенных на кристаллических породах, вода наименее минерализована, содержит минимальные количества оснований, поэтому здесь процесс антропогенного подкисления вод происходит очень быстро. Из рыб, населяющих воды Карелии и Кольского полуострова, наиболее чувствительными к подкислению вод оказались благородные лососи, гольцы, сиги, хариусы.

При подкислении озерной воды резко снижается общая биомасса гидробионтов и величина первичной продукции водоема, происходит уменьшение видового разнообразия биоценозов. Прежде всего исчезают многие вида, являющиеся важными элементами кормовой базы ценных промысловых рыб. Уровень рН 5,0 и ниже бывает губительным для всех гидробионтов.

Кислотные дожди сказываются также на воспроизводстве рыб. Особенно тяжелая ситуация складывается весной, когда масса сульфатов попадает в талые воды. Наблюдается так называемый, «рН-шок». Именно в этот период происходит выход личинок сиговых и лососевых рыб, проходит нерест хариуса, щуки и окуня. Подкисление особенно отрицательно воздействует на молодь рыб. Резкое снижение рН воды в сочетании с высокими концентрациями металлов имеет губительное влияние на рыб и все сообщество в целом. В некоторых озерах в результате закисления прекращается воспроизводство популяций рыб, и они вымирают. Многие озера России уже практически лишились населения рыб.

Одной из основных причин гибели рыбы в кислых водах является нарушение активного транспорта ионов Na и Сa через жаберный эпителий. Однако в ряде случаев гибель рыб начинается еще задолго до снижения рH до летальных величин и вызывается косвенными причинами, например отравлением алюминием, которое провоцируется увеличением кислотности воды. Алюминий в первую очередь поражает жабры и рыба начинает испытывать острое кислородное голодание. Один «кислотный толчок» может повлечь за собой в течение нескольких дней резкое повышение концентрации алюминия до летальных величин. Поэтому массовая гибель рыбы может произойти в водоеме, в котором средние величины рH не вызывают серьезных опасений.

Термофикация водоемов. В некоторых водоемах дополнительной предпосылкой эвтрофирования является изменение их естественного температурного режима, вызываемое поступлением подогретых вод с предприятий и прежде всего с тепловых и атомных электростанций. Повышение температуры воды способствует увеличению интенсивности метаболизма биоценозов, в частности первичного продуцирования, что является значительным фактором эвтрофирования пресноводных экосистем.

Термофикация водоемов и водотоков влечет за собой изменение их флоры и фауны, часто провоцируя глубокие сдвиги в структуре и функциях исходных экосистем в нежелательных направлениях. Повышение температуры до 35°С благоприятствует развитию токсичных цианобактерий, наиболее устойчивых к подогреву, при одновременном угнетении другого фитопланктона.

Расселение чужеродных организмов. В последние десятилетия резко возросли темпы вселения чужеродных организмов (биологическая инвазия) в водные экосистемы. Основными причинами этого являются  интенсификация судоходства и нерегулируемый сброс балластных вод судами. Вселение чужеродных видов негативно влияет на биологическое разнообразие, структуру и функционирование водных экосистем, а патогенные организмы и токсические виды водорослей представляют собой прямую угрозу здоровью человека.

Актуальность этой проблемы в России обусловлена существованием многочисленных гидросооружений, широкой сетью водных коммуникаций, обширными внутренними водоемами. Все это способствует более свободному обмену фауной и флорой между различными, прежде изолированными водными системами.

Преднамеренная интродукция чужеродных видов в экосистемы также таит в себе большой экологический и экономический риск, поскольку вселение нового вида всегда ведет к коренной перестройке пищевых цепей.

Проникновение некоторых организмов в новые для них водные системы часто приносит большой вред рыбному хозяйству, водоснабжению городов, гидротехническим сооружениям, водному транспорту и т.д.

Так, например, благодаря каналам, широко расселился моллюск дрейссена. Этот моллюск во вновь заселяемых им пресноводных водотоках и водоемах быстро достигает высокой численности, что нарушает нормальную работу различных гидротехнических сооружений, в несметных количествах проникает в водопроводные трубы, закупоривает их, а погибая, становится причиной порчи питьевой воды. Вытеснение эти моллюском местных видов водной фауны может вызвать серьезные изменения на экосистемном уровне.

Ярким примером отрицательного влияния на пресноводные экосистемы является широкое расселения головешки-ротана (percottus glenii) во многих мелких водоемах Европейской части России, который практически вытеснил из них все другие виды рыб.

Другим примером такого вселения является появление корюшки (osmerus eperlanus) в Сямозере и вспышка её численности в 1970-1980-е года вместе с началом процессов эвтрофирования, которые привели к перестройке структуры рыбного населения и пищевых цепей озера. Корюшка является активным планктофагом в первые годы своей жизни и столь же активным хищником во взрослом состоянии. Поэтому, с одной стороны, корюшка стала мощным конкурентом в питании другим планктофагам (ряпушке, сигу и уклее), а, с другой, является конкурентом и для хищников, в частности судаку и крупному окуню. Раньше в 1950-е годы Сямозеро считалось ряпушково-окуневым водоемом, а в 1990-е годы трансформировалось в корюшково-окуневое озеро. Корюшка быстро распространилась по всему озеру, освоив все возможные биотопы, и заняла пищевую нишу основного планктофага – ряпушки.

8. Самоочищение водоемов

Каждый водоем – это сложная система, где обитают бактерии, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Совокупная их деятельность обеспечивает самоочищение водоемов.

Одна из природоохранных задач поддержать способность самоочищения водоемов от примесей.

Факторы самоочищения водоемов можно условно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

Среди физических факторов первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Хорошее перемешивание и снижение концентраций взвешенных частиц обеспечивается быстрым течением рек. Способствует самоочищению водоемов оседание на дно нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. В зонах с умеренным климатом река самоочищается через 200 – 300 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере – через 2 тыс. км.

Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца. Эффект обеззараживания достигается прямым губительным воздействием ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, а также споровые организмы и вирусы.

Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окисляемому органическому веществу или по общему содержанию органических веществ.

Санитарный режим водоема характеризуется прежде всего количеством растворенного в нем кислорода. Его должно быть не менее 4 мг на 1 л воды в любой период года для водоемов для водоемов первого и второго видов. К первому виду относят водоемы, используемые для питьевого водоснабжения предприятий, ко второму – используемые для купания, спортивных мероприятий, а также находящихся в черте населенных пунктов.

К биологическим факторам самоочищения водоема относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки. Однако фитопланктон не всегда положительно воздействует на процессы самоочищения: в отдельных случаях массовое развитие сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения.

Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать и представители животного мира. Так, устрица и некоторые другие амебы адсорбируют кишечные и другие вирусы. Каждый моллюск отфильтровывает в сутки более 30 л воды.

Чистота водоемов немыслима без охраны их растительности. Только на основе глубокого знания экологии каждого водоема, эффективного контроля за развитием населяющих его различных живых организмов можно достичь положительных результатов, обеспечить прозрачность и высокую биологическую продуктивность рек, озер и водохранилищ.

Неблагоприятно на процессы самоочищения водоемов влияют и другие факторы. Химическое загрязнение водоемов промышленными стоками, биогенными элементами (азотом, фосфором и др.) тормозит естественные окислительные процессы, убивает микроорганизмы. То же относится и к спуску термальных сточных вод тепловыми электростанциями.

Многостадийный процесс, иногда растягивающийся на длительное время –самоочищение от нефти. В природных условиях комплекс физических процессов самоочищения воды от нефти состоит из ряда составляющих: испарения; оседания комочков, особенно перегруженных наносами и пылью; слипание комочков, взвешенных в толще воды; всплывания комочков, образующих пленку с включениями воды и воздуха; снижения концентраций взвешенной и растворенной нефти вследствие оседания, всплывания и смешивания с чистой водой.

Интенсивность этих процессов зависит от свойств конкретного вида нефти (плотность, вязкость, коэффициент теплового расширения), наличия в воде коллоидов, взвешенных и влекомых частиц планктона и т.д., температура воздуха и от солнечного освещения.

9. Восстановление экосистемы водоёма

Традиционные методы борьбы с биогенным загрязнением очень дороги и не всегда возможно их применение. Для восстановления прудов и небольших озер обычно применяется механическая очистка: сперва откачивают воду, затем механически удаляют донные осадки, после чего, выстилают дно специальной водоупорной глиной – если это необходимо, покрывают дно песком и гравием и вновь наполняют водоем водой. Этот очень дорогой, но радикальный метод имеет ряд недостатков. Многие водоемы не могут быть очищены таким способом, поскольку иногда бывает невозможно откачать воду из большого озера или из озера питающегося подземными водами, а в иных случаях нежелательно применение тяжелой техники на водоемах старинных исторических парков и др. В таких случаях возможен комплексный подход к «лечению» водоема, или иными словами – восстановлению его экосистемы. Например, возможно создание циркуляции воды, удаление донных осадков, насыщение воды кислородом, искусственное изменение видового состава микроорганизмов и т. д.

Таким образом, для деградированных водоемов: заросших, заиленных и покрытых ряской, – необходимы мероприятия, связанные с восстановлением их экосистем и, как итог, улучшением качества воды.

Восстановленные экосистемы водоемов, водно-болотных участков и береговой зоны обладают очень важными природоохранными функциями, включая функции сохранения биологического разнообразия и поддержания качества воды. Кроме того, высшие водные растения можно рассматривать в качестве надежного способа берегоукрепления, защищающего берег от эрозии и формирующего экосистему прибрежной зоны вокруг водоема.

Таким образом, комплексная технология восстановления экосистемы водоемов, разработанная специалистами нашей фирмы, выполняется с использованием биоинженерных мероприятий по следующей схеме:

· Выполняются инженерно-экологические изыскания.

Проводится изучение гидрогеологических характеристик водоема, его морфологических параметров (глубины, рельефа дна), отбор проб воды и иловых отложений для лабораторного анализа на предмет химического загрязнения.

· Проводится биотестирование водоема на предмет определения качества воды (ее токсичности) и подбора сценария его реабилитации.

В результате биотестирования производится отбор живых организмов водоема: беспозвоночных, фитопланктона, моллюсков и пр. На основании специально проведенного анализа устанавливается степень загрязнения водоема (сапробная валентность): воды и иловых отложений, – и назначается комплекс мероприятий для «лечения», т.е. для восстановления экосистемы.

· Производится механическое очищение водоемов от мусора.

В зависимости от размеров водоема, наличия гидротехнических сооружений, гидрогеологических характеристик местности и ряда других обстоятельств, определяется необходимость в механической очистке ложа водоема от иловых отложений.

Если есть возможность оставить спущенный пруд на зиму, то в результате вымораживания уровень загрязнения в иловых отложениях значительно снижается. По весне ил желательно засеять специальными травосмесями (процесс «фитомелиорации»), и после того как трава взойдет, получают очень ценный компост.

· Проводится улучшение качества воды посредством «биоремедиации», в результате которой происходит биодеструкция загрязняющих веществ с помощью заселения водоема специальными микроорганизмами.

Природный водоем представляет собой сбалансированную экосистему, в которой действуют механизмы самоочищения. Такая экосистема регулярно избавляется от антропогенных загрязнений, т.е.происходит так называемое «самоочищение» воды в экосистеме водоема, что означает очищение воды в результате ряда экологических процессов с участием многих организмов, обитающих в водоеме. При загрязнении водоема в гидроэкосистеме подавляется полезная микрофлора и развиваются вредные и патогенные микроорганизмы: например, сине-зеленые и бурые водоросли, вызывающие отравление воды и заморы. Водоемы с нарушенным самоочищением постепенно деградируют, происходит их эвтрофикация.

«Биоремедиация» – процесс, при котором в воду добавляются специально выращенные микроорганизмы. Благодаря действию препарата, содержащего микроорганизмы, нейтрализуются последствия загрязнения водоема, восстанавливается естественная биологическая самоочистка: вода и иловые отложения очищаются от органики и других загрязнителей, восстанавливается водная экосистема.

· Осуществляется посадка специальных растений и заселение водоема живыми организмами для создания гидробиосистемы с целью биологической деструкции загрязняющих веществ и улучшение качества воды.

Известно, что самоочищение воды в водных экосистемах происходит в результате протекающих физико-химических и биологических процессов с участием гидробионтов: растений и живых организмов. Одним из достаточно эффективных методов улучшения качества воды в водоемах служит технология, основанная на восстановлении гидробионтов-фильтраторов, к которым относятся:

– прибрежные и водные растения-макрофиты;

– беспозвоночные;

– бентос (сообщество донных организмов);

– микроорганизмы на взвешенных частицах.

Специалисты Компании разработали комплексную технологию улучшения качества воды, основанную на использовании гидробионтов. Качество воды при этом улучшается с помощью специально засаживаемых растений и заселяемых живых организмов: в водоеме происходит восстановление гидробиосистемы, способной улучшать качество воды. Очень важно, чтобы в результате восстановительных работ были воссозданы именно такие компоненты экосистемы для данного типа водоема и климатических условий, которые активно участвуют в процессах очищения воды.

Люди также интересуются этой лекцией: 22 Управление государственным долгом.

Создание искусственных водно-болотных участков (constructed wetlands): гидроботанических площадок и биоплато. Биоплато – участки приурезовой зоны водоемов, заселенные растениями-макрофитами. Гидроботанические площадки (ГБП) – искусственно созданные мелководья с посадками макрофитов и влаголюбивых ивовых кустарников.

Для устойчивого функционирования экосистемы на ГБП высаживается разновидовое сообщество высших водных растений: рогоз широколистный (Typha latifolia), частуха подорожная (Alisma plantago-aquatica), горец земноводный (Polygonum amphibium), ежеголовик прямой (Sparganium erectum), тростник обыкновенный (Phragmites communis), манник водяной (Glyceria aquatica). Эти растения активно участвуют в биологической очистке воды и способны жить в условиях колебания уровня воды.

Заселение водоема живыми организмами. Заселение воды живыми организмами-гидробионтами выполняется по результатам биотестирования водоема. Подбирается для заселения видовое сообщество таких микроорганизмов, беспозвоночных, моллюсков, которое позволяет восстановить гидроэкосистему водоема путем создания условий для окисления органики и фильтрации воды гидробионтами.

· Создание (восстановление) наземной экосистемы.

С учетом того, что в очищении воды активно задействованы многие виды наземных экосистем, примыкающих к водоемам, необходимы мероприятия по сохранению не только генофонда и популяций видов прибрежных экосистем, но и их функциональной активности. Это достигается восстановлением в береговой зоне определенного вида зеленых насаждений и различных живых организмов, присущих этой экосистеме.

В результате использования комплексных биоинженерных мероприятий восстанавливаются компоненты экологического механизма самоочищения водоема, что позволяет значительно улучшить качество воды.