Загрязнение воды органическими веществами

Органические соединения природного происхождения за некоторыми исключениями (например, лигнин) быстро разрушаются микроорганизмами. Иначе ведут себя многочисленные синтетические органические соединения. Для их разрушения микроорганизмам не хватает многих специфических ферментов.

Быстроразрушаемые вещества

Процесс биологической очистки воды связан с содержанием в ней кислорода. При достаточном количестве кислорода проявляется активность аэробных микроорганизмов, которые питаются органическими веществами. При этом образуются СО₂ и Н₂О, а также нитраты, фосфаты, сульфаты и кислородсодержащие вещества других элементов, которые содержались в исходных веществах. Выделенные фосфаты и нитраты играют особую роль в изменении состояния воды, так как в естественных водоемах они содержатся в столь малых количествах, что ограничивают рост растений и планктона (см. эвтрофизация).

Если органические остатки не будут вскоре переработаны, вода на длительное время останется без кислорода, необходимого для жизнедеятельности флоры и фауны, вплоть до того, что аэробные микроорганизмы уже не смогут более существовать. Их массовая гибель сопровождается массовым размножением анаэробных микроорганизмов, которые разрушают всю биомассу путем брожения. Этот переход от аэробного к анаэробному состоянию воды называют опрокидыванием.

После анаэробного распада в результате целого ряда взаимосвязанных процессов брожения образуются метан (СН₄), СО₂, Н₂О, аммиак (NH₃), сероводород (H₂S). Фосфор находится в клетках организма в виде фосфата и выделяется в этой форме. Распавшиеся в анаэробных процессах органические вещества так изменяют состояние воды, что делают невозможным в обозримое время ее возвращение к аэробному состоянию, если не предпринимать искусственные меры. Постоянно выделяющиеся NH₃ и H₂S еще сильнее отравляют воду.

Большой вклад в загрязнение воды мочевиной вносит поступление навозной жижи из скотоводческих комплексов. Летом бактерии переводят мочевину в аммиак. Литр навозной жижи может дать до 4,5 г аммиака. При вдыхании аммиака, а также при питье его раствора в воде, аммиак быстро усваивается организмом. При растворении в крови аммиак создает щелочную среду и растворяет белки, нанося организму непоправимый вред.

Особую форму органических загрязнений представляют собой фекалии, так как они содержат патогенные микробы, присущие организмам человека и животных. Водный путь распространения характерен для возбудителей холеры, брюшного тифа, бруцеллеза, паратифов и лептоспирозов.

Трудноразрушаемые вещества

Технический прогресс в наше время привел к получению и изготовлению ряда материалов, которые медленно поддаются разложению. К таким веществам в первую очередь относятся нефть и нефтепродукты.

Нефть может попадать в природную среду различными путями, например, при бурении скважин на нефтяных месторождениях, при авариях танкеров или течи в нефтепроводах, при транспортировке нефтепродуктов, а также при очистке отстойников, автоцистерн и других емкостей. В городах большие загрязнения водоемов и грунтовых вод нефтепродуктами связаны с мойкой автомобилей в неприспособленных для этого местах и сливом отработанного масла.

При просачивании нефти в почву, несмотря на свою большую вязкость, она проникает в грунтовые воды, перемещается в направлении их движения и может распространяться на большие расстояния. Гидрофобная нефть образует тонкую пленку на поверхности воды. Каждая тонна нефти покрывает пленкой примерно 12 км² поверхности и загрязняет до миллиона тонн воды. Пленка нефти препятствует газообмену между водой и воздухом, в результате чего все живые организмы постепенно задыхаются. У морских птиц контакт с нефтью приводит к склеиванию оперения; птицы утрачивают способность держаться на воде и погибают. Кроме того, отражающая способность нефтяной пленки выше, чем у воды, поэтому нарушается тепловой и световой баланс гидросферы.

В отличие от загрязнений природы нефтью, загрязнения фенолами происходят в значительно меньших размерах. Фенолы используют для дезинфекции, а также для изготовления клеев и формальдегидных пластмасс. Кроме того, они входят в состав ОГ ДВС. Их распад длится более недели и зависит как от кислотности, так и от содержания растворенного кислорода. Даже малые нетоксичные концентрации фенолов влияют на вкус воды и мяса рыбы. В сильно хлорированной воде образуются хлорфенолы, которые ухудшают вкус еще в большей степени.

При переработке древесины с целью получения целлюлозы образуется так называемая лигнинсульфоновая кислота. Подсчитано, что при выработке 1 т целлюлозы, примерно такое же количество других составных частей древесины идет в отходы, остающиеся в растворе сточных вод. Вредное воздействие лигнинсульфоновой кислоты прежде всего сказывается в том, что увеличивается вязкость воды, а также ухудшается ее запах и цвет.

За последние 50 лет появилась большая группа органических соединений, которые создали дополнительную проблему, связанную с загрязнением вод: это поверхностно активные вещества (ПАВ) или детергенты. Эти вещества используют как моющие средства, понижающие поверхностное натяжение воды; их использование часто сопровождается пенообразованием. Возросшая потребность в ПАВ на промышленных предприятиях, а также их использование в быту, прежде всего при стирке, привели к большим скоплениям пены в руслах рек и в водоемах. Эта пена препятствует газообмену воды с воздухом, а токсичность ПАВ приводит к массовой гибели рыбы.

К долгоживущим вредным органическим примесям относятся многие пестициды и гербициды, речь о которых пойдет в главе, посвященной загрязнению почвы.