Zanieczyszczenia dostające się do zbiornika powodują naruszenie w nim naturalnej równowagi. Zdolność zbiornika do przeciwstawienia się temu zaburzeniu, do pozbycia się wprowadzanych zanieczyszczeń, jest istotą procesu samooczyszczania.
Samooczyszczanie systemów wodnych wynika z wielu czynników naturalnych, a czasem spowodowanych przez człowieka. Czynniki te obejmują różne procesy hydrologiczne, hydrochemiczne i hydrobiologiczne. Konwencjonalnie można wyróżnić trzy rodzaje samooczyszczania: fizyczne, chemiczne, biologiczne.
Wśród procesów fizycznych ogromne znaczenie ma rozcieńczanie (mieszanie). Dobre wymieszanie i zmniejszenie stężenia zawieszonych cząstek zapewnia intensywny przepływ rzek. Przyczynia się do samooczyszczania zbiorników wodnych poprzez osadzanie zanieczyszczonych wód i osadzanie na dnie nierozpuszczalnych osadów, sorpcję zanieczyszczeń przez zawieszone cząstki i osady denne. W przypadku substancji lotnych ważnym procesem jest parowanie.
Wśród chemicznych czynników samooczyszczania zbiorników wodnych główną rolę odgrywa utlenianie substancji organicznych i nieorganicznych. Utlenianie zachodzi w wodzie z udziałem rozpuszczonego w niej tlenu, dlatego im wyższa jest jej zawartość, tym szybciej i lepiej przebiega proces mineralizacji pozostałości organicznych i samooczyszczania zbiornika. Przy silnym zanieczyszczeniu zbiornika rezerwy rozpuszczonego tlenu są szybko zużywane, a jego akumulacja dzięki fizycznym procesom wymiany gazowej z atmosferą przebiega powoli, co spowalnia samooczyszczanie. Samooczyszczanie wody może również nastąpić w wyniku innych reakcji, w których powstają trudno rozpuszczalne, lotne lub nietoksyczne substancje, np. hydroliza pestycydów, reakcje neutralizacji itp. Węglany i wodorowęglany wapnia i magnezu zawarte w naturalnych woda neutralizuje kwasy, a kwas węglowy rozpuszczony w wodzie neutralizuje zasady.
Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego słońca w warstwach powierzchniowych zbiornika dochodzi do fotorozkładu niektórych substancji chemicznych, takich jak DDT, i dezynfekcji wody - śmierci patogennych bakterii. Działanie bakteriobójcze promieni ultrafioletowych tłumaczy się ich wpływem na protoplazmę i enzymy komórek drobnoustrojów, co powoduje ich śmierć. Promienie ultrafioletowe mają szkodliwy wpływ na wegetatywne formy bakterii, zarodniki grzybów, cysty pierwotniaków i wirusy.
Każdy zbiornik wodny to złożony żywy system zamieszkany przez bakterie, glony, wyższe rośliny wodne i różne bezkręgowce. Procesy metabolizmu, biokoncentracji, biodegradacji prowadzą do zmiany stężenia zanieczyszczeń. Algi, pleśnie i grzyby drożdżowe również należą do biologicznych czynników samooczyszczania się zbiornika, jednak w niektórych przypadkach masowy rozwój sinic w sztucznych zbiornikach można uznać za proces samozanieczyszczenia. Przedstawiciele świata zwierząt mogą również przyczynić się do samooczyszczania zbiorników wodnych z bakterii i wirusów. Tak więc ostrygi i niektóre ameby adsorbują wirusy jelitowe i inne. Każdy mięczak filtruje dziennie ponad 30 litrów wody. Trzcina pospolita, ożypałka wąskolistna, sitowie jeziorne i inne makrofity są w stanie wchłonąć z wody nie tylko związki stosunkowo obojętne, ale także substancje fizjologicznie czynne, takie jak fenole, toksyczne sole metali ciężkich.
Proces biologicznego oczyszczania wody wiąże się z zawartością w niej tlenu. Przy wystarczającej ilości tlenu przejawia się aktywność mikroorganizmów tlenowych żywiących się substancjami organicznymi. Podczas rozkładu materii organicznej powstaje dwutlenek węgla i woda, a także azotany, siarczany i fosforany. Biologiczne samooczyszczanie jest głównym ogniwem w tym procesie i jest uważane za jeden z przejawów cyklu biotycznego w zbiorniku.
Wkład poszczególnych procesów w zdolność naturalnego środowiska wodnego do samooczyszczania zależy od charakteru zanieczyszczenia. Substancji konserwatywnych, które nie rozkładają się lub nie rozkładają się bardzo powoli (jony metali, sole mineralne, trwałe pestycydy chloroorganiczne, radionuklidy itp.) samooczyszczanie ma charakter pozorny, gdyż tylko redystrybucja i dyspersja zanieczyszczenia w występuje środowisko, zanieczyszczenie sąsiednich obiektów do nich. Spadek ich stężenia w wodzie następuje na skutek rozcieńczania, usuwania, sorpcji, bioakumulacji. W przypadku substancji biogennych najważniejsze są procesy biochemiczne. W przypadku substancji rozpuszczalnych w wodzie, które nie biorą udziału w cyklu biologicznym, ważne są reakcje ich transformacji chemicznej i mikrobiologicznej.
Dla większości związków organicznych i niektórych substancji nieorganicznych przemiana mikrobiologiczna jest uważana za jeden z głównych sposobów samooczyszczania naturalnego środowiska wodnego. Mikrobiologiczne procesy biochemiczne obejmują reakcje kilku typów. Są to reakcje z udziałem enzymów redoks i hydrolitycznych (oksydazy, oksygenazy, dehydrogenazy, hydrolazy itp.). Biochemiczne samooczyszczanie zbiorników wodnych zależy od wielu czynników, wśród których najważniejsze to temperatura, aktywna reakcja środowiska (pH) oraz zawartość azotu i fosforu. Optymalna temperatura dla procesów biodegradacji to 25-30ºС. Ogromne znaczenie dla żywotnej aktywności drobnoustrojów ma reakcja środowiska, która wpływa na przebieg procesów enzymatycznych w komórce, a także zmiany w stopniu przenikania składników odżywczych do komórki. Dla większości bakterii korzystna jest neutralna lub lekko zasadowa reakcja podłoża. Przy pH<6 развитие и жизнедеятельность микробов чаще всего снижается, при рН <4 в некоторых случаях их жизнедеятельность прекращается. То же самое наблюдается при повышении щелочности среды до рН>9,5.
5 Główne procesy samooczyszczania wody w zbiorniku wodnym
Samooczyszczanie wód w zbiornikach to zespół powiązanych ze sobą procesów hydrodynamicznych, fizykochemicznych, mikrobiologicznych i hydrobiologicznych prowadzących do przywrócenia pierwotnego stanu jednolitej części wód.
Wśród czynników fizycznych ogromne znaczenie ma rozcieńczenie, rozpuszczanie i mieszanie napływających zanieczyszczeń. Dobre wymieszanie i zmniejszenie stężenia zawiesiny zapewnia szybki przepływ rzek. Przyczynia się do samooczyszczania zbiorników wodnych poprzez osiadanie na dnie nierozpuszczalnych osadów, a także osadzanie wód zanieczyszczonych. Na obszarach o umiarkowanym klimacie rzeka oczyszcza się po 200-300 km od miejsca zanieczyszczenia, a na dalekiej północy - po 2 tys. km.
Dezynfekcja wody następuje pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ze słońca. Efekt dezynfekcji osiąga się przez bezpośrednie niszczące działanie promieni ultrafioletowych na koloidy białkowe i enzymy protoplazmy komórek drobnoustrojów, a także organizmy zarodnikowe i wirusy.
Spośród chemicznych czynników samooczyszczania zbiorników wodnych należy zwrócić uwagę na utlenianie substancji organicznych i nieorganicznych. Samooczyszczanie akwenu ocenia się często w odniesieniu do łatwo utleniającej się materii organicznej lub w odniesieniu do całkowitej zawartości substancji organicznych.
Reżim sanitarny zbiornika charakteryzuje się przede wszystkim ilością rozpuszczonego w nim tlenu. Powinien pokonać co najmniej 4 mg na 1 litr wody o każdej porze roku dla zbiorników dla zbiorników pierwszego i drugiego typu. Pierwszy typ obejmuje zbiorniki wodne wykorzystywane do zaopatrzenia przedsiębiorstw w wodę pitną, drugi - wykorzystywane do pływania, imprez sportowych, a także znajdujące się w granicach osiedli.
Czynnikami biologicznymi samooczyszczania zbiornika są glony, pleśnie i grzyby drożdżowe. Jednak fitoplankton nie zawsze ma pozytywny wpływ na procesy samooczyszczania: w niektórych przypadkach masowy rozwój sinic w sztucznych zbiornikach można uznać za proces samozanieczyszczenia.
Przedstawiciele świata zwierząt mogą również przyczynić się do samooczyszczania zbiorników wodnych z bakterii i wirusów. W ten sposób ostryga i niektóre inne ameby adsorbują wirusy jelitowe i inne. Każdy mięczak filtruje dziennie ponad 30 litrów wody.
Czystość zbiorników jest nie do pomyślenia bez ochrony ich roślinności. Tylko w oparciu o dogłębną znajomość ekologii każdego zbiornika, skuteczną kontrolę rozwoju różnych żyjących w nim organizmów można osiągnąć pozytywne rezultaty, zapewnić przejrzystość i wysoką biologiczną produktywność rzek, jezior i zbiorników.
Inne czynniki również niekorzystnie wpływają na procesy samooczyszczania zbiorników wodnych. Chemiczne zanieczyszczenie zbiorników wodnych ściekami przemysłowymi, pierwiastkami biogennymi (azot, fosfor itp.) hamuje naturalne procesy utleniania i zabija mikroorganizmy. To samo dotyczy odprowadzania ścieków termalnych z elektrociepłowni.
Proces wieloetapowy, czasem rozciągający się długo - samooczyszczanie z oleju. W warunkach naturalnych kompleks fizycznych procesów samooczyszczania wody z oleju składa się z szeregu składników: parowania; osadzanie się grudek, zwłaszcza przeładowanych osadami i kurzem; adhezja brył zawieszonych w słupie wody; pływające grudki tworzące film z wtrąceniami wody i powietrza; zmniejszenie stężenia zawieszonego i rozpuszczonego oleju poprzez osadzanie, unoszenie się na wodzie i mieszanie z czystą wodą. Intensywność tych procesów zależy od właściwości danego rodzaju oleju (gęstość, lepkość, współczynnik rozszerzalności cieplnej), obecności koloidów w wodzie, zawieszonych i porwanych cząstek planktonu itp., temperatury powietrza i światła słonecznego.
6 Środki intensyfikacji procesów samooczyszczania akwenu
Samooczyszczanie wody jest nieodzownym ogniwem obiegu wody w przyrodzie. Zanieczyszczenie wszelkiego rodzaju podczas samooczyszczania zbiorników wodnych ostatecznie okazuje się skoncentrowane w postaci produktów odpadowych i martwych organizmów żywiących się nimi mikroorganizmów, roślin i zwierząt, które gromadzą się w masie mułu na dnie. Zbiorniki wodne, w których środowisko naturalne nie jest już w stanie poradzić sobie z napływającymi zanieczyszczeniami, ulegają degradacji, a wynika to głównie ze zmian w składzie bioty i zaburzeń w łańcuchach pokarmowych, przede wszystkim populacji drobnoustrojów akwenu. Procesy samooczyszczania w takich zbiornikach wodnych są minimalne lub całkowicie zatrzymane.
Takie zmiany można powstrzymać jedynie poprzez celowe oddziaływanie na czynniki, które przyczyniają się do ograniczenia powstawania ilości odpadów i redukcji emisji zanieczyszczeń.
Postawione zadania można rozwiązać jedynie poprzez wdrożenie systemu działań organizacyjnych i prac inżynieryjno-rekultywacyjnych mających na celu przywrócenie naturalnego środowiska akwenów.
Przy przywracaniu jednolitych części wód wskazane jest rozpoczęcie wdrażania systemu środków organizacyjnych oraz prac inżynieryjno-rekultywacyjnych wraz z ułożeniem zlewni, a następnie przeprowadzenie czyszczenia jednolitej części wód, a następnie uporządkowanie terytoriów przybrzeżnych i zalewowych .
Głównym celem prowadzonych działań z zakresu ochrony środowiska oraz prac inżynieryjno-rekultywacyjnych w zlewni jest ograniczenie wytwarzania odpadów oraz zapobieganie nieuprawnionemu zrzutowi zanieczyszczeń do zlewni, dla których realizowane są następujące działania: wprowadzenie systemu racjonowania wytwarzania odpadów; organizacja kontroli środowiskowej w systemie gospodarowania odpadami produkcyjnymi i konsumpcyjnymi; prowadzenie inwentaryzacji obiektów i lokalizacji odpadów produkcyjnych i konsumpcyjnych; rekultywacja naruszonych ziem i ich uporządkowanie; zaostrzenie opłat za nieuprawnione zrzuty zanieczyszczeń na teren; wprowadzenie technologii niskoodpadowych i bezodpadowych oraz systemów recyklingu wody.
Środki ochrony środowiska i prace prowadzone na terenach przybrzeżnych i zalewowych obejmują prace związane z niwelacją powierzchni, spłaszczeniem lub tarasowaniem skarp; wznoszenie budowli hydrotechnicznych i rekreacyjnych, wzmacnianie skarp oraz przywracanie stabilnej szaty trawiastej oraz roślinności drzewiastej i krzewiastej, co zapobiega następnie procesom erozji. Prowadzone są prace krajobrazowe mające na celu odtworzenie naturalnego kompleksu akwenu i przeniesienie większości spływów powierzchniowych do podziemnego poziomu w celu jego oczyszczenia, wykorzystując skały strefy przybrzeżnej i tereny zalewowe jako barierę hydrochemiczną.
Brzegi wielu zbiorników wodnych są zaśmiecone, a wody zanieczyszczone chemikaliami, metalami ciężkimi, produktami ropopochodnymi, unoszącymi się szczątkami, a niektóre z nich są zeutrofizowane i zamulone. Stabilizacja lub aktywacja procesów samooczyszczania w takich zbiornikach wodnych jest niemożliwa bez specjalnej interwencji inżynieryjno-rekultywacyjnej.
Celem prowadzenia działań inżynieryjno-rekultywacyjnych i prac z zakresu ochrony środowiska jest stworzenie w jednolitych częściach wód warunków zapewniających efektywne funkcjonowanie różnych obiektów uzdatniania wody oraz prowadzenie prac mających na celu eliminację lub ograniczenie negatywnego wpływu źródeł zanieczyszczeń zarówno poza kanałowych. i pochodzenie kanału.
Schemat strukturalny i logiczny działań organizacyjnych, inżynierskich, rekultywacyjnych i środowiskowych mających na celu odtworzenie środowiska naturalnego jednolitej części wód przedstawiono na rysunku 1.
Tylko systematyczne podejście do problemu przywracania zbiorników wodnych umożliwia poprawę jakości wody w nich.
Techniczny
Rekultywacja naruszonych ziem
Rekultywacja zamulonych i zanieczyszczonych zbiorników wodnych
Aktywacja procesów samooczyszczania
System działań mających na celu przywrócenie naturalnego środowiska jednolitych części wód
Uporządkowanie terytoriów przybrzeżnych, wzmocnienie wybrzeży
Środki i prace prowadzone na zlewni
Roboty wykonywane na obszarze wodnym akwenu
Oczyszczanie wody
Eliminacja źródeł zanieczyszczenia kanału
Poprawa przepisów dotyczących ochrony środowiska i ram regulacyjnych
Rosnąca odpowiedzialność
Regulacja odpadów, kontrola środowiska, inwentaryzacja składowisk i składowisk odpadów
Tworzenie stref ochrony wód
Rekultywacja skażonych gruntów i terytoriów
Organizacyjny
Sapropele
muły mineralne
muły technologiczne
pływające gruzy
Przywrócenie środowiska naturalnego, naturalnych wód ekosystemów oraz poprawa warunków bytowych i zdrowia ludzi
Od zanieczyszczeń chemicznych i bakteriologicznych
Z ropy naftowej i produktów naftowych
System monitorujący
Wniosek
Obecnie wskaźniki określające stan zdrowia publicznego i jakość środowiska są miarą poziomu bezpieczeństwa środowiskowego człowieka i środowiska naturalnego. Rozwiązanie problemu identyfikacji szkód dla zdrowia publicznego i jakości środowiska jest bardzo złożone i powinno być realizowane przy pomocy nowoczesnych technologii informatycznych, z których najbardziej obiecującą jest technologia systemów informacji geograficznej, które mogą być wykorzystane do wspomagania procesu podejmowanie i wdrażanie decyzji ekonomicznych w zakresie oceny oddziaływania na środowisko oraz ekspertyzy środowiskowe. Jednym z elementów konstrukcyjnych GIS są bazy danych, w których przechowywane są wszystkie informacje dostępne w systemie: dane graficzne (przestrzenne); dane tematyczne i referencyjne (informacje dotyczące terytorialnego i czasowego odniesienia informacji tematycznych, dane referencyjne dotyczące RPP, wartości tła itp.).
Bazy danych tworzone są w oparciu o cel badania i dostępność wiarygodnych informacji o stanie powietrza atmosferycznego, wód powierzchniowych i gruntowych, gleby, pokrywy śnieżnej, zdrowia publicznego i innych informacji.
Prognozowanie sytuacji środowiskowej w obszarze ewentualnej działalności obiektu gospodarczego lub innego oraz podejmowanie decyzji w przypadku niebezpiecznych zanieczyszczeń i emisji przypadkowych zwykle opiera się na wykorzystaniu intuicyjnych procedur opartych na informacjach w większości niepełnych, nie do końca dokładnych , a czasem zawodne.
W takich przypadkach, biorąc pod uwagę potrzebę szybkiego podejmowania decyzji, wskazane jest wykorzystanie potężnych nowoczesnych narzędzi systemów sztucznej inteligencji i podejmowania decyzji. Inteligentny system bezpieczeństwa środowiskowego pozwala użytkownikom, stosując rozmyte kryteria prezentowania wiedzy o informacji, otrzymywać propozycje możliwych rozwiązań w oparciu o reguły wnioskowania danych i znajomości systemu ekspertowego oraz metodę wnioskowania niedokładnego.
Analiza prac poświęconych rozwojowi inteligentnych systemów dla bezpieczeństwa środowiskowego przedsiębiorstw i terytoriów przemysłowych pokazuje, że rozwój takich systemów w Rosji jest na początkowym poziomie. W celu zorganizowania skutecznego systemu bezpieczeństwa ekologicznego w rejonie przemysłowym jako integralnego systemu monitorowania, oceny i przewidywania niebezpiecznych zmian w środowisku naturalnym, konieczne jest zbudowanie sieci obserwacji naziemnych, podziemnych i lotniczych wszystkich elementów składowych środowisko naturalne. Jednocześnie, w celu uzyskania obiektywnego obrazu stanu środowiska oraz rozwiązywania problemów na poziomie regionalnym (wiedza ekspercka, decyzyjna, prognoza) konieczne jest zorganizowanie monitoringu środowiskowego wszystkich głównych źródeł zanieczyszczeń, stały monitoring stanu parametrów środowiska, które zmieniają się w wyniku oddziaływania zanieczyszczenia odpadami pochodzącymi z różnych źródeł.
Większość znanych systemów monitoringu środowiska to systemy regionalne, których zadaniem jest monitorowanie stanu ekologicznego regionu jako całości. Aby zapewnić bezpieczeństwo środowiskowe, nie wystarczy regionalny system monitoringu, potrzebne są dokładniejsze informacje o lokalnych źródłach zanieczyszczeń w skali przedsiębiorstwa.
Pilnym i ważnym zadaniem pozostaje zatem tworzenie zautomatyzowanych systemów monitoringu środowiska, systemów przygotowania i podejmowania decyzji, które zapewnią wysokiej jakości ocenę oddziaływania na środowisko projektowanych obiektów działalności gospodarczej i innej.
Bibliografia 
Surfaktanty, produkty naftowe, azotyny; najwyższy - zawiesiny stałe, BZTtot, siarczany, w związku z tym maksymalny dopuszczalny zrzut tych substancji jest wyższy. Podsumowanie W toku pracy dokonano oceny zagrożenia środowiskowego ściekami z przemysłu spożywczego. Uwzględniono główne składniki ścieków przemysłu spożywczego. Wpływ ścieków z przemysłu spożywczego na stan naturalnego ...
Odbywa się w specjalnych obiektach - elektrolizerach. Oczyszczanie ścieków metodą elektrolizy jest skuteczne w zakładach produkcji ołowiu i miedzi, farb i lakierów oraz w niektórych innych gałęziach przemysłu. Zanieczyszczone ścieki są również oczyszczane za pomocą ultradźwięków, ozonu, żywic jonowymiennych i wysokiego ciśnienia, a chlorowanie sprawdziło się dobrze. Wśród metod oczyszczania ścieków ...
I efekt oczyszczenia z nierozpuszczonych zanieczyszczeń. Jednym z głównych warunków normalnej pracy osadników jest równomierny rozkład dopływających ścieków między nimi. Osadniki pionowe Do oczyszczania ścieków przemysłowych stosuje się osadniki pionowe z przepływem do góry. Osadnicy mają kształt cylindryczny lub prostokątny. Ścieki wprowadzane są do ośrodka przez...
Terytoriach, az drugiej strony na jakość wód podziemnych i ich wpływ na zdrowie ludzi. Rozdział III. CHARAKTERYSTYKA GOSPODARCZA ZUŻYCIA WODY W REGIONIE KURSKIM 3.1 Charakterystyka ogólna 3.1.1 Główne wskaźniki zużycia wody Region Kursk położony jest w południowo-zachodniej części europejskiego terytorium Federacji Rosyjskiej w regionie gospodarczym Central Black Earth. Kwadrat...
Samooczyszczanie zbiorników wodnych
Pomiędzy elementami ekosystemu wodnego w procesie jego funkcjonowania zachodzi ciągła wymiana materii i energii. Wymiana ta ma charakter cykliczny o różnym stopniu izolacji, której towarzyszy przemiana materii organicznej, w szczególności fenoli pod wpływem czynników fizycznych, chemicznych i biologicznych. W trakcie transformacji złożone substancje organiczne można stopniowo rozkładać na proste, a proste substancje można syntetyzować w złożone. W zależności od intensywności oddziaływania zewnętrznego na ekosystem wodny i charakteru procesów, albo ekosystem wodny zostaje przywrócony do warunków tła (samooczyszczanie), albo ekosystem wodny przechodzi do innego stabilnego stanu, który będzie charakteryzował się różne ilościowe i jakościowe wskaźniki składników biotycznych i abiotycznych. Jeśli wpływ zewnętrzny przekracza możliwości samoregulacji ekosystemu wodnego, może zostać zniszczony.
Samooczyszczanie wód naturalnych odbywa się dzięki zaangażowaniu substancji pochodzących ze źródeł zewnętrznych w ciągłe procesy przemian, w wyniku których otrzymane substancje wracają do ich funduszu rezerwowego.
Przemiana substancji jest wynikiem różnych równolegle działających procesów, wśród których można wyróżnić mechanizmy fizyczne, chemiczne i biologiczne. Wartość wkładu każdego z mechanizmów zależy od właściwości zanieczyszczenia i cech konkretnego ekosystemu.
Samooczyszczanie biochemiczne.
Samooczyszczanie biochemiczne jest konsekwencją przemian substancji dokonywanych przez hydrobionty. Z reguły mechanizmy biochemiczne wnoszą główny wkład w proces samooczyszczania i dopiero wtedy, gdy organizmy wodne są hamowane (na przykład pod wpływem toksyn), procesy fizykochemiczne zaczynają odgrywać bardziej znaczącą rolę. Przemiana biochemiczna substancji organicznych następuje w wyniku ich włączenia do sieci pokarmowych i zachodzi podczas procesów produkcji i niszczenia.
Szczególnie ważną rolę odgrywa produkcja pierwotna, która determinuje większość procesów wewnątrzwodnych. Głównym mechanizmem powstawania nowej materii organicznej jest fotosynteza. W większości ekosystemów wodnych fitoplankton jest kluczowym głównym producentem. W procesie fotosyntezy energia Słońca jest bezpośrednio przekształcana w biomasę. Produktem ubocznym tej reakcji jest wolny tlen powstający w wyniku fotolizy wody. Wraz z fotosyntezą w roślinach zachodzą procesy oddychania ze zużyciem tlenu.
Chemiczne mechanizmy samooczyszczania.
Fotoliza to przemiana cząsteczek substancji pod wpływem światła, które pochłaniają. Szczególnymi przypadkami fotolizy są dysocjacja fotochemiczna - rozpad cząstek na kilka prostszych oraz fotojonizacja - przemiana cząsteczek w jony. Z całkowitej ilości promieniowania słonecznego około 1% jest wykorzystywane w fotosyntezie, od 5% do 30% odbija się od powierzchni wody. Główna część energii słonecznej zamieniana jest na ciepło i uczestniczy w reakcjach fotochemicznych. Najbardziej efektywną częścią światła słonecznego jest promieniowanie ultrafioletowe. Promieniowanie ultrafioletowe pochłaniane jest w warstwie wody o grubości ok. 10 cm, jednak w wyniku turbulentnego mieszania może przenikać również do głębszych warstw akwenów. Ilość substancji poddanej fotolizie zależy od rodzaju substancji i jej stężenia w wodzie. Spośród substancji dostających się do zbiorników wodnych substancje humusowe podlegają stosunkowo szybkiemu rozkładowi fotochemicznemu.
Hydroliza to reakcja wymiany jonowej między różnymi substancjami a wodą. Hydroliza jest jednym z wiodących czynników przemian chemicznych substancji organicznych w zbiornikach wodnych. Charakterystyczną cechą ilościową tego procesu jest stopień hydrolizy, rozumiany jako stosunek zhydrolizowanej części cząsteczek do całkowitego stężenia soli. Dla większości soli jest to kilka procent i wzrasta wraz ze wzrostem rozcieńczenia i temperatury wody. Substancje organiczne również ulegają hydrolizie. W tym przypadku rozszczepienie hydrolityczne następuje najczęściej poprzez wiązanie atomu węgla z innymi atomami.
Jednym ze skutecznych sposobów samooczyszczania jest przemiana zanieczyszczenia w wyniku reakcji redoks podczas interakcji ze składnikami redoks środowiska wodnego.
Możliwość przekształceń Red-Ox w układzie charakteryzuje się wartością jego potencjału redox (Eh). Na wartość E h wód naturalnych wpływ mają: wolne O 2 , H 2 O 2 , Fe 2+ , Fe 3+ , Mn 2+ , Mn 4+ , H+ , związki organiczne i inne „potencjalnie ustawiające składniki” . W wodach naturalnych Eh zwykle waha się od +0,7 do -0,5V. Wody powierzchniowe i gruntowe nasycone tlenem najczęściej charakteryzują się przedziałem Eh od +0,150 do +0,700V. Badania wykazują, że w procesach samooczyszczania naturalnych zbiorników wodnych z fenoli ważną rolę odgrywają przemiany redoks z udziałem H 2 O 2 pochodzenia naturalnego oraz jonów metali o zmiennej wartościowości obecnych w zbiornikach wodnych. W wodzie naturalnej stacjonarne stężenie H 2 O 2 mieści się w zakresie 10 -6 - 10 -4 mol/l. Nadtlenek wodoru powstaje w wyniku procesów fotochemicznych i utleniających z udziałem tlenu cząsteczkowego w jednorodnym ośrodku. Ponieważ rozpad H 2 O 2 jest determinowany głównie przez katalityczne ilości jonów metali i światła słonecznego, jego szybkość jest prawie niezależna od początkowego stężenia.
Fizyczne mechanizmy samooczyszczania.
Wymiana gazowa na styku „atmosfera-woda”. Dzięki temu procesowi substancje, które mają w atmosferze fundusz rezerwowy, dostają się do akwenu i zwracają te substancje ze akwenu do funduszu rezerwowego. Jednym z ważnych szczególnych przypadków wymiany gazowej jest proces ponownego napowietrzania atmosfery, dzięki któremu znaczna część tlenu dostaje się do wód. Intensywność i kierunek wymiany gazowej określa odchylenie stężenia gazu w wodzie od stężenia nasycenia C. Stężenie nasycenia zależy od charakteru substancji i warunków fizycznych w akwenie – temperatury i ciśnienia. Przy stężeniach większych niż C gaz ucieka do atmosfery, a przy stężeniach mniejszych niż C s gaz jest absorbowany przez masę wody.
Sorpcja to pochłanianie zanieczyszczeń przez zawiesinę, osady denne i powierzchnie ciał hydrobiontów. Najsilniej wchłaniane są cząstki koloidalne i substancje organiczne, takie jak fenole, które są w niezdysocjowanym stanie cząsteczkowym. Proces opiera się na zjawisku adsorpcji. Szybkość akumulacji substancji na jednostkę masy sorbentu jest proporcjonalna do jej nienasycenia w stosunku do danej substancji i stężenia substancji w wodzie i odwrotnie proporcjonalna do zawartości substancji w sorbencie.
Sedymentacja i resuspensja. Zbiorniki wodne zawsze zawierają pewną ilość zawiesiny pochodzenia nieorganicznego i organicznego. Sedymentacja charakteryzuje się zdolnością zawieszonych cząstek do opadania na dno pod działaniem grawitacji. Proces przejścia cząstek z osadów dennych do stanu zawieszonego nazywa się resuspensją. Występuje pod działaniem pionowej składowej turbulentnej prędkości przepływu.
Tak więc procesy sorpcji i redoks odgrywają ważną rolę w samooczyszczaniu naturalnych zbiorników.
Negatywne czynniki naturalne to obecność stromych zboczy i obszarów zalanych, które są niestabilne dla dodatkowego obciążenia technogenicznego. Negatywne czynniki technogeniczne należy uznać za wysokie zaśmiecenie terytorium na niektórych obszarach, wpływ zanieczyszczonych i niewystarczająco oczyszczonych ścieków z obszarów mieszkalnych, stref przemysłowych i przedsiębiorstw, które wpływają na jakość zbiorników wodnych. W konsekwencji stan wód nie spełnia wymagań dla obiektów kulturalnych i komunalnych. Ponadto, na prawie całym terytorium charakterystyczne jest nadmierne zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego wzdłuż autostrad.
II. Zbiorniki wodne, będące naturalnymi i przyrodniczo-technologicznymi elementami układów krajobrazowo-geochemicznych, w większości przypadków są ostatecznym ogniwem w akumulacji spływu większości mobilnych substancji technogenicznych. W układach krajobrazowo-geochemicznych substancje są transportowane z wyższych poziomów do niższych poziomów hipsometrycznych wraz ze spływami powierzchniowymi i podziemnymi i odwrotnie (z niższych do wyższych poziomów) - przez przepływy atmosferyczne i tylko w niektórych przypadkach przez przepływy żywej materii (np. podczas masowego opuszczania zbiorników owadów po zakończeniu stadium larwalnego, przejściu w wodzie itp.).
Elementy krajobrazu reprezentujące początkowe, najwyżej położone ogniwa (zajmujące np. lokalne powierzchnie wododziałowe), są geochemicznie autonomiczne, a wnikanie do nich zanieczyszczeń jest ograniczone, z wyjątkiem ich przedostawania się z atmosfery. Elementy krajobrazu, które tworzą dolne poziomy systemu geochemicznego (położone na zboczach i w zagłębieniach rzeźby terenu) są geochemicznie podrzędnymi lub heteronomicznymi elementami, które wraz z napływem zanieczyszczeń z atmosfery, odbierają część zanieczyszczeń pochodzących z powierzchni i gruntu wody z wyżej położonych połączeń krajobrazowych, -kaskada geochemiczna. W związku z tym zanieczyszczenia powstałe w zlewni w wyniku migracji w środowisku naturalnym prędzej czy później dostają się do wód, głównie ze spływem powierzchniowym i gruntowym, stopniowo się w nich kumulując.
5 Główne procesy samooczyszczania wody w zbiorniku wodnym
Samooczyszczanie wód w zbiornikach to zespół powiązanych ze sobą procesów hydrodynamicznych, fizykochemicznych, mikrobiologicznych i hydrobiologicznych prowadzących do przywrócenia pierwotnego stanu jednolitej części wód.
Wśród czynników fizycznych ogromne znaczenie ma rozcieńczenie, rozpuszczanie i mieszanie napływających zanieczyszczeń. Dobre wymieszanie i zmniejszenie stężenia zawiesiny zapewnia szybki przepływ rzek. Przyczynia się do samooczyszczania zbiorników wodnych poprzez osiadanie na dnie nierozpuszczalnych osadów, a także osadzanie wód zanieczyszczonych. Na obszarach o umiarkowanym klimacie rzeka oczyszcza się po 200-300 km od miejsca zanieczyszczenia, a na dalekiej północy - po 2 tys. km.
Dezynfekcja wody następuje pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ze słońca. Efekt dezynfekcji osiąga się przez bezpośrednie niszczące działanie promieni ultrafioletowych na koloidy białkowe i enzymy protoplazmy komórek drobnoustrojów, a także organizmy zarodnikowe i wirusy.
Spośród chemicznych czynników samooczyszczania zbiorników wodnych należy zwrócić uwagę na utlenianie substancji organicznych i nieorganicznych. Samooczyszczanie akwenu ocenia się często w odniesieniu do łatwo utleniającej się materii organicznej lub w odniesieniu do całkowitej zawartości substancji organicznych.
Reżim sanitarny zbiornika charakteryzuje się przede wszystkim ilością rozpuszczonego w nim tlenu. Powinien pokonać co najmniej 4 mg na 1 litr wody o każdej porze roku dla zbiorników dla zbiorników pierwszego i drugiego typu. Pierwszy typ obejmuje zbiorniki wodne wykorzystywane do zaopatrzenia przedsiębiorstw w wodę pitną, drugi - wykorzystywane do pływania, imprez sportowych, a także znajdujące się w granicach osiedli.
Czynnikami biologicznymi samooczyszczania zbiornika są glony, pleśnie i grzyby drożdżowe. Jednak fitoplankton nie zawsze ma pozytywny wpływ na procesy samooczyszczania: w niektórych przypadkach masowy rozwój sinic w sztucznych zbiornikach można uznać za proces samozanieczyszczenia.
Przedstawiciele świata zwierząt mogą również przyczynić się do samooczyszczania zbiorników wodnych z bakterii i wirusów. W ten sposób ostryga i niektóre inne ameby adsorbują wirusy jelitowe i inne. Każdy mięczak filtruje dziennie ponad 30 litrów wody.
Czystość zbiorników jest nie do pomyślenia bez ochrony ich roślinności. Tylko w oparciu o dogłębną znajomość ekologii każdego zbiornika, skuteczną kontrolę rozwoju różnych żyjących w nim organizmów można osiągnąć pozytywne rezultaty, zapewnić przejrzystość i wysoką biologiczną produktywność rzek, jezior i zbiorników.
Inne czynniki również niekorzystnie wpływają na procesy samooczyszczania zbiorników wodnych. Chemiczne zanieczyszczenie zbiorników wodnych ściekami przemysłowymi, pierwiastkami biogennymi (azot, fosfor itp.) hamuje naturalne procesy utleniania i zabija mikroorganizmy. To samo dotyczy odprowadzania ścieków termalnych z elektrociepłowni.
Proces wieloetapowy, czasem rozciągający się długo - samooczyszczanie z oleju. W warunkach naturalnych kompleks fizycznych procesów samooczyszczania wody z oleju składa się z szeregu składników: parowania; osadzanie się grudek, zwłaszcza przeładowanych osadami i kurzem; adhezja brył zawieszonych w słupie wody; pływające grudki tworzące film z wtrąceniami wody i powietrza; zmniejszenie stężenia zawieszonego i rozpuszczonego oleju poprzez osadzanie, unoszenie się na wodzie i mieszanie z czystą wodą. Intensywność tych procesów zależy od właściwości danego rodzaju oleju (gęstość, lepkość, współczynnik rozszerzalności cieplnej), obecności koloidów w wodzie, zawieszonych i porwanych cząstek planktonu itp., temperatury powietrza i światła słonecznego.
6 Środki intensyfikacji procesów samooczyszczania akwenu
Samooczyszczanie wody jest nieodzownym ogniwem obiegu wody w przyrodzie. Zanieczyszczenie wszelkiego rodzaju podczas samooczyszczania zbiorników wodnych ostatecznie okazuje się skoncentrowane w postaci produktów odpadowych i martwych organizmów żywiących się nimi mikroorganizmów, roślin i zwierząt, które gromadzą się w masie mułu na dnie. Zbiorniki wodne, w których środowisko naturalne nie jest już w stanie poradzić sobie z napływającymi zanieczyszczeniami, ulegają degradacji, a wynika to głównie ze zmian w składzie bioty i zaburzeń w łańcuchach pokarmowych, przede wszystkim populacji drobnoustrojów akwenu. Procesy samooczyszczania w takich zbiornikach wodnych są minimalne lub całkowicie zatrzymane.
Takie zmiany można powstrzymać jedynie poprzez celowe oddziaływanie na czynniki, które przyczyniają się do ograniczenia powstawania ilości odpadów i redukcji emisji zanieczyszczeń.
Postawione zadania można rozwiązać jedynie poprzez wdrożenie systemu działań organizacyjnych i prac inżynieryjno-rekultywacyjnych mających na celu przywrócenie naturalnego środowiska akwenów.
Przy przywracaniu jednolitych części wód wskazane jest rozpoczęcie wdrażania systemu środków organizacyjnych oraz prac inżynieryjno-rekultywacyjnych wraz z ułożeniem zlewni, a następnie przeprowadzenie czyszczenia jednolitej części wód, a następnie uporządkowanie terytoriów przybrzeżnych i zalewowych .
Głównym celem prowadzonych działań z zakresu ochrony środowiska oraz prac inżynieryjno-rekultywacyjnych w zlewni jest ograniczenie wytwarzania odpadów oraz zapobieganie nieuprawnionemu zrzutowi zanieczyszczeń do zlewni, dla których realizowane są następujące działania: wprowadzenie systemu racjonowania wytwarzania odpadów; organizacja kontroli środowiskowej w systemie gospodarowania odpadami produkcyjnymi i konsumpcyjnymi; prowadzenie inwentaryzacji obiektów i lokalizacji odpadów produkcyjnych i konsumpcyjnych; rekultywacja naruszonych ziem i ich uporządkowanie; zaostrzenie opłat za nieuprawnione zrzuty zanieczyszczeń na teren; wprowadzenie technologii niskoodpadowych i bezodpadowych oraz systemów recyklingu wody.
Środki ochrony środowiska i prace prowadzone na terenach przybrzeżnych i zalewowych obejmują prace związane z niwelacją powierzchni, spłaszczeniem lub tarasowaniem skarp; wznoszenie budowli hydrotechnicznych i rekreacyjnych, wzmacnianie skarp oraz przywracanie stabilnej szaty trawiastej oraz roślinności drzewiastej i krzewiastej, co zapobiega następnie procesom erozji. Prowadzone są prace krajobrazowe mające na celu odtworzenie naturalnego kompleksu akwenu i przeniesienie większości spływów powierzchniowych do podziemnego poziomu w celu jego oczyszczenia, wykorzystując skały strefy przybrzeżnej i tereny zalewowe jako barierę hydrochemiczną.
Brzegi wielu zbiorników wodnych są zaśmiecone, a wody zanieczyszczone chemikaliami, metalami ciężkimi, produktami ropopochodnymi, unoszącymi się szczątkami, a niektóre z nich są zeutrofizowane i zamulone. Stabilizacja lub aktywacja procesów samooczyszczania w takich zbiornikach wodnych jest niemożliwa bez specjalnej interwencji inżynieryjno-rekultywacyjnej.
Celem prowadzenia działań inżynieryjno-rekultywacyjnych i prac z zakresu ochrony środowiska jest stworzenie w jednolitych częściach wód warunków zapewniających efektywne funkcjonowanie różnych obiektów uzdatniania wody oraz prowadzenie prac mających na celu eliminację lub ograniczenie negatywnego wpływu źródeł zanieczyszczeń zarówno poza kanałowych. i pochodzenie kanału.
