7.3. Поведінка забруднень у водоймах

7.3.1. Самоочищення води

В природних водоймах, розташованих подалі від населених пунктів, розвиваються типові для даних місцевостей біоценози: водорості, бактерії, гриби, найпростіші, вищі, рослини та тварини. Якщо хімічний склад та інші властивості стічних вод постійні, в водоймі складається угруповання організмів, відповідне новим умовам. В результаті складних біохімічних процесів бактерії та інші мікроорганізми розкладають вуглеводи, білки та жири з використанням кисню на більш прості сполуки. Кінцевими продуктами є мінеральні солі (сульфати, нітрати, фосфати), гази (вуглекислий газ, водень, сірководень, аміак) і вода. Ці сполуки споживають із води водорості та вищі рослини. Водорості в присутності сонячного проміння засвоюють вуглекислий газ і виділяють кисень, який використовується для окиснення органічних сполук.

Дуже важливу роль в процесі самоочищення відіграють нижчі види тварин: найпростіші та ракоподібні. Вони живляться водоростями, грибами і бактеріями, запобігаючи нaдмірний розвиток останніх і можливість вторинного забруднення. Так замикається ланцюг біологічних змін, пов’язаних з самоочищенням водойм. Якщо розклад органічних речовин відбувається повністю, а продукти розкладу використовуються для побудови нової органічної матерії, надлишок її постійно видаляється із води.

Однією з найважливіших умов, необхідних для протікання біологічних і біохімічних процесів в напрямку самоочищення води, є наявність в ній розчиненого кисню. Якщо кількість кисню достатня для біологічних перетворень органічних забруднень, процес самоочищення води відбувається безперервно з підтриманням в середовищі достатнього вмісту кисню. Якщо ж кисню в воді вміщається недостатньо, його може не вистачити для підтриммання життєвих процесів: аеробне середовище в такому випадку перетворюється в анаеробне. Органічні сполуки замість окиснення піддаються анаеробному розкладу з виділенням сірководню, метану, аміаку, водню, діоксиду вуглецю, які призводять до вторинного забруднення водойми.

Швидкість біологічних процесів у водоймі залежить від багатьох факторів. Так, з підвищенням температури швидкість їх зростає, що супроводжується більш швидкою витратою кисню у водоймі. Це спричиняє певну небезпеку для водойм в разі скиду в них великої кількості стічних вод влітку або теплих стоків. Влітку кисень витрачається значно швидше, ніж взимку.

7.3.2. Евтрофікація водойм

Під евтрофікацією вод розуміють збагачення їх біогенними елементами, особливо азотом і фосфором або речовинами, що їх містять. Евтрофікація (грец. еу – добре, трофе – живлення) – багате живлення вод.

Наслідки евтрофікації – інтенсивне зростання водоростей і інших рослин, накопичення у водоймищах органічних речовин і інших продуктів відмирання організмів. Це створює умови для збільшення чисельності організмів-редуцентів, що живляться мертвою органічною речовиною і розкладаючих його до початкових мінеральних елементів і вуглекислого газу. Редуценти в процесі життєдіяльності інтенсивно поглинають кисень. Кінцевий результат таких явищ – знекиснення водного середовища і заміна аеробних (за участю кисню) процесів на анаеробні, що протікають у безкисневому середовищі. Результат анаеробних процесів – виділення у середовище сірководню, метану, аміаку та інших отруйних забруднюючих речовин. Таким чином, збагачення вод необхідними для життя хімічними елементами викликає вторинний вкрай негативний екологічний і санітарно-гігієнічний ефект.

Негативні наслідки евтрофікації вод посилюються при їх тепловому забрудненні. Останнє сприяє прискореному збідненню води киснем як в результаті його меншої розчинності у міру підвищення температури, так і внаслідок інтенсифікації біохімічних процесів.

Роль природних і антропогенних чинників в евтрофікації вод. Евтрофікація викликається як природними, так і антропогенними чинниками. Відмінності в їх дії пов'язані не лише з інтенсивністю, але і з механізмом окремих процесів.

Природна евтрофікація протікає, як правило, повільно і залежить від хімізму і мінералогічного складу порід і грунтів, що оточують водоймища. Водоймища з великими запасами води і розташовані серед кристалічних порід мало схильні до евтрофікації. Вони протягом тисячоліть можуть залишатися в оліготрофному (бідному поживними речовинами) стані, а отже, з чистою водою. Приклад такого водоймища – озеро Байкал.

Повільна евтрофікація характерна також для озер льодовикового походження. Це основні резервуари озерної чистої води. Такі водоймища в той же час через малу насиченість життям і низьку температуру мають слабку здатність до самоочищення. Тому вони дуже чутливо реагують на забруднення.

Невеликі водоймища, що живляться з водозборів, добре забезпечених рухливими формами азоту і фосфору, схильні до інтенсивної евтрофікації. Вони швидко переходять із стану молодості (оліготрофні) до зрілості (мезатрофні) і старості (евтрофні) при наступному перетворенні на болота, а потім і в сушу з торф'янистими субстратами.

До антропогенної евтрофікації нині схильні практично усі внутрішні водоймища і деякі моря. Основними чинниками її являються мінеральні добрива, а у ряді випадків миючі засоби, компоненти яких – поверхнево-активні речовини виготовляються на фосфорній основі.

Джерелами евтрофікації вод є також побутові і промислові стоки, тваринницькі комплекси, підігріті води, рекреаційні впливи, перетворення проточних вод у стоячі і т.п.

Процеси, супутні евтрофікації вод. У бідних поживними речовинами (оліготрофних) природних водах група організмів-продуцентів представлена в основному великими рослинами (макрофітами). Ці рослини розміщуються в придонній частині водоймищ і своїми коренями витягають необхідні їм біогенні елементи з донних структур. Кисень, що виділяється в процесі фотосинтезу, розчиняється в глибинних шарах води. Поверхневі шари води збагачуються киснем, що піднімається з придонних шарів і в результаті поглинання з повітря. Обидва процеси збалансовані, і вода залишається чистою.

У евтрофних водах створюються сприятливі умови для поглинання рослинами біогенних елементів безпосередньо з води, що їх оточує. Це сприяє інтенсивному накопиченню фітопланктону у верхніх шарах води і загибелі донних рослин через нестачу кисню. Він тут поглинається організмами-редуцентами, що переробляють органічні речовини планктону після його відмирання.

Таким чином, в процесі евтрофікації змінюється не лише хімізм води, але і видовий склад організмів. За цим йде збіднення глибинних шарів води киснем, зміна аеробних процесів анаеробними, забруднення води отруйними речовинами.