Помехи, вызываемые автохтонными организмами

Автохтонные организмы также попадают в систему водоснабжения из водоемов, но в отличие от аллохтонных они способны нормально существовать в водопроводе, размножаться и заселять новые пространства. Многие из них развиваются в трубах и каналах более интенсивно, чем в водоемах, так как здесь отсутствуют их естественные враги. Среди автохтонных организмов бактерии, грибы, моллюски, членистоногие, черви, мшанки, губки, простейшие и другие низшие животные. Водоросли к автохтонным организмам обычно не относятся, так как отсутствие света препятствует их жизнедеятельности.

У многих автохтонных организмов есть приспособления, позво­ляющие им прикрепляться к поверхности стенок и труб и противо­стоять току воды. Внутренние обрастания в трубах обычно очень стойки и часто располагаются в труднодоступных местах. Поэтому бороться с автохтонными обрастаниями много труднее, чем с аллохтонными организмами, и ущерб, причиняемый ими, очень велик.

Пионерами обрастаний всегда выступают бактерии, среди которых преобладают формы с мощной слизистой капсулой, скрепляющей клетки друг с другом. В водах, загрязненных органическими веществами, развиваются Zoogloea ramigera и Sphaerotilus natans. В чистой воде и, в частности, в водопроводных трубах основная роль в бактериальных обрастаниях принадлежит железобактериям (гл. XII).

Нитчатые железобактерии, относящиеся к родам Leptothrix и Crenothris, представляют собой палочковидные клетки, соединенные в неветвящиеся нити, одетые слизистой капсулой. В 1887 г., на Роттердамском водопроводе, снабжавшемся нефильтрованной водой из р. Маас, внезапное массовое развитие Crenothris парализовало работу водопровода. Тщательное обследование состава организмов и причин их появления внутри, каналов и труб было первым в истории обстоятельным исследованием водопроводных обрастаний.

Даже при использовании артезианских вод возможно развитие биологических обрастаний в системе водоснабжения. В водопроводах, питаемых из подземных источников, встречается одноклеточная железобактерия галлионелла. Это литотрофный организм, и ее температурный оптимум находится около 6—7 °С, в. связи с чем она развивается большей частью в ключевых и артезианских водах. В 1932 г. А. С. Разумов наблюдал интенсивное развитие серобактерий семейства Beggiataceae в открытом лотке, по которому транспортировались артезианские воды, богатые сероводородом. Бактерии этого семейства получают энергию в процессе окисления соединений серы. При достаточном количестве сероводорода бактерии окисляют его, откладывая серу внутри своего тела. В случае недостатка сероводорода в аэробных условиях бактерии способны окислять серу до сульфатов, недостаток кислорода при отсутствии сероводорода приводит серобактерий к гибели. Это явление иногда наблюдается в тупиковых частях сети или в застойных зонах.

Сульфатвосстанавливающие бактерии используют кислород сульфатов для процессов окисления, а так как в водопроводной системе всегда достаточно соединений железа, то восстанавливаемая сера превращается в сульфиды железа с образованием характерных черных хлопьев.

Грибы в составе обрастаний встречаются в системе технического водоснабжения, питаемого неочищенной водой загрязненных источников. Для их роста необходима достаточно высокая концентрация растворенных органических веществ, и поэтому в системе питьевого водоснабжения они обычно не развиваются.

П ростейшие редко бывают причиной развития обрастаний, но они могут входить в состав обрастаний, образованных другими формами. В теплообменных аппаратах завода синтетического каучука были обнаружены значительные массы колониальной инфузории Carchesium polypinum (А. С. Разумов, 1949). О. Стейн наблюдал, в пражском водопроводе представителя жгутиковых Anthophysa vegetans. В обрастаниях харьковского водопровода было отмечено присутствие амеб Arcella (раковинная корненожка), Paramecium, Coleps, Vorticella и других инфузорий (Л. А. Шкорбатов, 1940).

Широко распространены в водоводах и водопроводных трубах микроскопические колониальные животные—мшанки. Колонии их состоят из хитиновых трубочек, на концах которых располагаются отдельные особи. Мшанки питаются путем седиментации. Пищей им служат микроорганизмы. Обрастания из мшанок отмечены в водопроводах больших городов Европы, Азии, Америки и Австралии. В водоводах, питаемых солоноватыми водами, часто развиваются обрастания из гидроидного полипа кордилофоры (рис. 67). Этот организм отмечен в водопроводной сети Роттердама, Гамбурга и других городов. В Гамбурге, вследствие развития кордилофоры, водопроводные трубы местами пришли в негодность. В СССР этот полип обитает в Азовском, Каспийском и Черном морях. А. С. Разумов наблюдал обрастания из кордилофоры на стенках водопроводящего канала и во всасывающих линиях заводских водоводов, снабжаемых водой из Азовского моря. Обрастания имели толщину около 50 мм, длина кустиков достигала 150 мм. Вследствие развития обрастаний диаметр труб уменьшался с 800 до 600 мм.

Черви Tubifex и Nais обнаруживаются в резервуарах водопроводных сооружений и в водопроводной воде в случае ее недостаточной очистки. В прежние годы, когда подготовка воды на водопроводных станциях регламентировалась менее жестко, отмечались случаи выпадения олигохет из водопроводных кранов.

Среди обрастаний нередко встречаются членистоногие: рачки-циклопы и личинки насекомых. Особенно много их в технических водопроводах, питаемых неочищенной водой.

Моллюски, встречающиеся в питьевых водопроводах, представлены большим числом видов, но особенно опасна Dreissena polymorpha (рис. 68). Дрейссена считается недавним выходцем из морей. В 30-е годы было отмечено интенсивное развитие этого моллюска в бассейне Днепра. В 1934 г. на плотине гидростанции в районе Кривого Рога наблюдалась коррозия бетона, вызванная интенсивным выделением сероводорода при массовом отмирании дрейссены. В 40-х годах дрейссена заселила бассейны Оки и Волги. В 1945 г. она впервые была обнаружена в отстойниках и на фильтрах московского водопровода (З. С. Фейгина, 1950, 1954). Массовое развитие дрейссены приводит к зарастанию подводных поверхностей гидротехнических сооружений, решеток, щитов, затворов и к закупорке водоводов. При массовом отмирании дрейссены ухудшается вкус и запах воды. На водопроводных станциях дрейссена встречается на всем пути движения воды от водопроводного канала до очистных сооружений.

А втохтонные организмы поселяются в различных очистных сооружениях водопроводных станций. Раньше в верхних слоях фильтров развивался богатый биоценоз из разных бактерии, жгутиковых, инфузории, моллюсков. В резервуарах чистой воды, в осадке, нередко присутствовали черви, рачки, моллюски. С введением предварительного хлорирования развития животных в системе водоснабжения не наблюдается.

Обрастания, развивающиеся на подводных поверхностях, на стенках каналов и внутри труб, представляют собой биоценоз с определенными экологическими отношениями, складывающимися между его обитателями. Качественный и количественный состав биоценоза зависит от качества воды, материала поверхности прикрепления, скорости течения, температуры и других причин. При перемене режима эксплуатации объекта или в зависимости от сезона состав биоценоза может изменяться. Формирование биоценоза обрастаний начинается с того, что на гладкой поверхности труб осаждаются иловатые частицы и бактериальные клетки. В этом процессе большую роль играют явления сорбции, электрические заряды клеток и оседающих частиц (А. С. Разумов, 1953).

При большой концентрации в воде растворенных органических веществ биомасса биоценоза становится значительной при малом разнообразии видов. В чистой воде, наоборот, наблюдаются разнообразные по составу биоценозы, но с небольшой биомассой. Обогащенность воды органическими веществами влияет и на степень прикрепленности организмов к поверхности. По-видимому, твердая поверхность субстрата способствует повышению концентрации питательных веществ в прилежащих слоях воды. Это приводит к тому, что в чистой воде организмы, обычно свободноплавающие, прикрепляются к поверхности.

На состав биоценоза обрастаний влияют условия эксплуатации водопровода. Участки, часто очищаемые от обрастаний (например, трубки конденсаторов электростанций, теплообменники некоторых производств, фильтры водопроводных станций), не имеют в составе биоценоза медленно растущих организмов.

Скорость потока воды также влияет на интенсивность выпадения взвесей и на состав биоценоза. При увеличении скорости потока в обрастаниях преобладают формы, способные противостоять току воды. По исследованиям А. С. Разумова, в период весенних паводков прутки конденсаторов не зарастают микроорганизмами и количество чисток аппаратов сокращается.

Обеспеченность воды питательными веществами влияет на состав биоценоза обрастаний в основном технических водопроводов, в частности водопроводов, используемых для питания водой ТЭЦ. БПК воды и содержание в ней соединений органического и минерального азота до некоторой степени позволяют прогнозировать интенсивность процесса обрастания.

При пользовании водой из практически чистых водоемов обрастания в трубках конденсаторов паровых турбин образуются со скоростью 0,03—0,6 г сухой массы/м²·100 ч, а при использовании загрязненных вод, в которых могут развиваться нитчатые бактерии,— 47—48 г сухой массы/м²·100 ч.