2.3 Влияние загрязнения на качество воды [35, 39 ,45]

    Ранее аккумулированные и вновь поступившие загрязнители вовлекаются в многочисленные микробиологические процессы с практически неконтролируемым качественным и количественным выходом промежуточных или конечных продуктов, определяющих жизнеспособность и физиологическое состояние гидробионтов, а также органолептические свойства воды (цветность, запах, вкус).

    Изменение цветности воды может быть вызвано несколькими причинами:

• качественным составом взвешенных веществ;

• коллоидными соединениями железа;

• гуминовыми веществами;

• продуктами метаболизма водорослей в период их “цветения”;

• окрашенными веществами отходов производства.

    Известно, что запах, вкус воды и рыбы зависят от состава солей, газов и органических веществ, образующихся в процессе жизнедеятельности водных организмов, а также при разложении органических субстратов различного происхождения. Чем больше попадает в водоем разнообразных соединений, тем шире гамма возможных запахов.

    В ходе микробиологической деструкции аллохтонных и автохтонных органических соединений образуются различные классы химических веществ (амины, органические кислоты, фенолы, эфиры, альдегиды и кетоны), которые могут оказывать существенное влияние на органолептические свойства воды и рыбы.

    В результате разложения растительных остатков (водоросли, водные растения, лесной опад, отходы лесохимической промышленности) в воду поступает большое количество продуктов с резким запахом: меркаптаны, сероводород, спирты, альдегиды, ацетон.

    При расщеплении природных и техногенных ароматических соединений также могут накапливаться продукты со специфическими запахами: пировиноградная, фумаровая и уксусная кислоты, альдегиды и ацетаты. Для удаления посторонних неприятных привкусов и запахов требуются дополнительные методы очистки.

    Формирование качества воды зависит от балансирования между самоочищением и вторичным загрязнением, от сочетания физико-химических параметров водной среды, присутствия биогенных элементов и от механизмов разложения всего разнообразия органических соединений, включая взвешенные органические вещества (ВОВ) и растворенные органические вещества (РОВ), находящихся в водной толще и аккумулированных на дне.

    Степень экологического риска от вторичного загрязнения усиливается после паводков, вследствие увеличения содержания ВОВ, вовлекаемых в разнообразные процессы микробиологической деструкции и трансформации. Представляя органоминеральный конгломерат, взвешенные частицы адсорбируют на своей поверхности продукты метаболизма гидробионтов, микробные клетки, ионы тяжелых металлов, поверхностно активные соединения.

    Судьба и потенциальная экологическая опасность от поступающих взвешенных частиц определяется соотношением между органической и минеральной составляющими. Чаще всего говорят о ВОВ, находящемся в форме растительных остатков, почвенно-болотного гумуса либо в виде сложных глобул, образующихся в период массового развития водорослей и микроорганизмов.

    Важная роль в формировании качества воды в водных экосистемах принадлежит агрегированному бактериопланктону, вступающему во взаимодействие с частицами детрита. Агрегированные бактериальные клетки могут составлять от 10 до 50 % общей бактериальной массы, внося существенный вклад в функционирование трофических цепей.

    Происхождение ВОВ определяет скорость и специфику механизмов их микробиологической деструкции, качественный состав образующихся продуктов и последующий характер воздействия на обитателей водоема.

    Под влиянием пространственно-временного фактора ВОВ либо переходят в РОВ, способствуя вторичному загрязнению водной толщи, либо утилизируются гидробионтами, либо оседают на дно, пополняя запасы органического вещества, или стимулируют процессы деструкции накопившихся трудноминерализуемых соединений.

    Набор образующихся продуктов контролируется не только факторами окружающей среды (температура, рН, содержание кислорода), а также структурой сапрофитного микробного сообщества, его активностью и степенью устойчивости к экотоксикантам.

Бытовые сточные воды

    При самоочищении водных экосистем в процессы микробиологической деструкции и трансформации вовлекаются разнообразные, безобидные на первый взгляд соединения, содержащиеся в бытовых сточных водах. Раньше считали, что бытовые сточные воды не содержат токсичных веществ. Однако в последнее время это утверждение пересматривается в связи с тем, что в быту используются ядохимикаты, синтетические моющие средства, лекарственные препараты, которые могут оказывать негативное влияние на внутриводоемные процессы.

    Основная часть безазотистых органических примесей бытовых сточных вод представлена углеводами: сахарами (глюкоза, лактоза, сахароза) и полисахаридами (крахмал и целлюлоза). В летнее время эти вещества достаточно быстро утилизируются микроорганизмами. Зимой скорость деструкции замедляется, поэтому могут накапливаться промежуточные продукты, ухудшающие вкусовые качества воды.

    В желудочно-кишечном тракте человека целлюлоза не усваивается и не разлагается, поэтому в сточных водах она содержится во взвешенном состоянии. При наличии поверхностно-активных веществ (ПАВ) в сточных водах образуются устойчивые эмульсии жиров – сложных эфиров трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот (олеиновой, стеариновой, пальмитиновой и др.).

    Азотсодержащие органические соединения представлены в бытовых сточных водах белками и продуктами их гидролиза – пептидами и аминокислотами, различного строения с алифатическими или гетероциклическими радикалами. Кроме обычных белков (протеинов) встречаются более сложные молекулы глико- и мукопротеидов, липопротеидов и нуклеопротеидов.

Промышленные сточные воды

   Специфика химического состава промышленных сточных вод определяется технологическим процессом получения продукции, способом удаления отходов, потерей сырья, реагентов или готовой продукции, поэтому могут преобладать различные компоненты органического или минерального происхождения, природного или синтетического характера.

   Многие вещества промышленных сточных вод обладают различной степенью токсичности. Многообразие типов производств, технологических процессов приводят к первичному загрязнению водных экосистем. При этом поступают различные классы соединений:

• неорганические (кислоты, щелочи, сульфиды, гидроксиды металлов, соли тяжелых металлов);

• органические нетоксичные соединения (предприятия пищевой промышленности) и органические вещества со специфическими токсичными свойствами (фенолы, эфиры, красители, смазочные материалы, углеводороды нефти, детергенты, лекарственные препараты, радиоактивные вещества и др.).

   Эффективность самоочищения водных экосистем определяется не только многофакторностью и разной направленностью процесса минерализации органических соединений различной природы, а значительно осложняется такими важными явлениями, как:

• аккумуляция трудноминерализуемых или нерастворимых веществ в донных отложениях, на взвешенных частицах, в различных звеньях трофической цепи;

• субстратное ингибирование высокими концентрациями различных соединений и отдельными элементами, в том числе ионами тяжелых металлов;

• одновременное соокисление нескольких субстратов с различной степенью доступности в качестве источников питания для организмов, обитающих в водоемах.

   Многие из вновь синтезированных детергентов могут накапливаться в водоемах, если состоят из смеси изомеров с различной скоростью расщепления. В целях экологической безопасности производится контроль выпуска нестойких к микробным ферментам изомеров, в противном случае в водоемах могут накапливаться производные ароматических соединений различного уровня токсичности. Даже аспирин (ацетилсалициловая кислота) может по-разному вести себя в водоемах, в зависимости от способа его получения. Так, аспирин, полученный микробиологическим способом из нафталина, быстро разлагается несколькими видами микроорганизмов, а синтезированный может накапливаться в водной среде.

   Таким образом, рассматривая особенности формирования качества воды, крайне важно знать интенсивность самоочищения и загрязнения водных экосистем. Необходимо владеть информацией о возможных механизмах вторичного загрязнения, напрямую связанных с функционированием всех звеньев трофической цепи, а главным образом микроорганизмов – редуцентов. Микробные сообщества с помощью ферментного комплекса осуществляют различные биохимические реакции превращения всего разнообразия поступающих в водную среду органических и минеральных веществ.