Биологические показатели качества воды

В некоторых случаях химикам-теплоэнергетикам приходится готовить воду так называемого питьевого качества для систем открытого водоснабжения, либо использовать для водоснабжения и сброса стоков ТЭС в открытые водоемы, служащие также и для питьевого водоснабжения, в связи с чем необходимо представление и о некоторых биологических качествах воды.

В воде находится огромное количество микро- и макроорганизмов животного и растительного происхождения. Это объясняется присущими ей, благоприятными для поддержания жизни, физическими и химическими свойствами (медленное изменение температуры, уменьшение удельного веса при замерзании, что предохраняет водоем от полного промерзания зимой, высокая способность к растворению и т.д.).

Мир организмов, населяющих водные пространства, очень разнообразен. Каждому водоему присуща своя фауна и флора. Большое значение для развития животных и растительных организмов имеет состав растворенных в воде веществ, наличие углерода, азота, фосфора, серы, железа и других элементов, являющихся материалом для построения плазмы живой клетки. Сочетаниями этих так называемых органогенных элементов определяются в основном разновидность и численность фауны и флоры.

Организмы, населяющие водоем, характеризуют его загрязнение и протекающие в нем процессы. Поэтому биологическая характеристика водоемов является важным дополнением при оценке качества природной воды.

В зависимости от места обитания все водные организмы делятся на две основные группы: обитающие в толще воды и обитающие на дне бассейна. Первая группа в свою очередь подразделяется на планктон, нектон и нейстон, вторая – называется бентосом. В толще воды встречаются также взвешенные вещества, относящиеся к так называемому ложному (мертвому) планктону, например мертвые организмы, древесина, уголь, обрывки тканей, кожи и т.д.

К истинному планктону относятся организмы со слабо развитыми органами движения, которые обычно пассивно переносятся течением (водоросли, веслоногие, ветвистоусые, ракообразные, коловратки и др.), к нектону – все организмы с сильно развитыми органами движения (рыбы, киты, дельфины, головоногие моллюски), к нейстону – организмы, обитающие в тонком поверхностном слое воды (жгутиковые и простейшие).

Среди организмов, обитающих на дне бассейна и относящихся к бентосу, различают несколько биологических групп: организмы прикрепленные, закапывающиеся, свободно лежащие на дне и т.д.

Наряду с бактериями, вышеуказанные группы организмов играют очень большую роль в биологических процессах самоочищения водоемов. Водоросли, выделяя в процессе фотосинтеза кислород, способствуют протеканию процессов окисления. Ракообразные и коловратки поедают бактерий, жгутиковых, мелкий органический детрит¹, который содержится в большом количестве в загрязненных водах. Личинки хирономид, малощетинковые черви, питающиеся донным илом, способствуют минерализации нерастворимых органических веществ.

Каждому виду для нормального существования необходимы в определенном сочетании физико-химические (рН, газовый режим, температура, содержание солей) и биологические факторы. В связи с этим организмы, населяющие водоемы, являются своего рода индикаторами, т. е. показателями вида и характера загрязнений.

В настоящее время таких индикаторных организмов известно более тысячи. Все микроорганизмы, являющиеся показателями загрязнения воды, делятся на катаробов и сапробов. Катаробы – микроорганизмы, населяющие чистые ключевые воды, сапробы – организмы, живущие во всех пресных водах с различной степенью загрязненности. Сапробные организмы в свою очередь подразделяются на: 1) полисапробные, обитающие в очень загрязненных водах, которые составляют полисапробную зону, 2) мезосапробные ( и ), живущие в более чистой мезосапробной зоне водоема, 3) олигосапробные, находящиеся в наименее загрязненных водах, образующих олигосапробную зону.

Полисапробные организмы характерны для очень загрязненных вод, в которых содержится много белковых веществ, сероводорода, метана и углекислоты. Растворенный кислород в таких водах не содержится. Эта группа организмов отличается тем, что, хотя отдельных видов здесь немного, каждый вид развивается очень интенсивно. В основном эта группа включает бактерии (миллионы в 1 мл воды), инфузории, бесцветные жгутиковые, серные бактерии, в донных отложениях много органического детрита, водные цветковые растения здесь отсутствуют.

Для полисапробной зоны характерны восстановительные процессы гниения и распада.

-Мезосапробные организмы характерны для более чистых, но еще достаточно загрязненных вод, в которых обычно содержится в большом количестве углекислота, сероводород, присутствуют аммиак и его производные. Эти организмы представлены немногими видами при интенсивном развитии отдельных форм. В этой зоне содержится меньше бактерий (сотни тысяч в 1 мл воды), чем в предыдущей, появляются зеленые жгутиковые организмы, грибки и др. В донных отложениях находится много органического детрита.

Мезосапробной зоне присущи окислительно-восстановительные процессы. Водные цветковые растения либо вовсе отсутствуют, либо их очень мало. Обычно в проточных водоемах эта зона располагается по течению за полисапробной.

-Мезосапробные организмы обитают в относительно чистых водах, в состав которых, наряду с аммиаком, входят нитриты и нитраты. Эти воды содержат мало сероводорода и углекислоты, имеют свободный кислород и почти не загнивают. В них наблюдается интенсивное размножение отдельных видов и повышается разнообразие видового состава организмов. Основные формы -мезосапробных организмов: бактерии (десятки тысяч в 1 мл воды), инфузории, зеленые водоросли, ракообразные, рыбы. В донных отложениях отмечается значительное содержание органического детрита. Водные цветковые растения присутствуют, хотя и в незначительном количестве.

В этой зоне протекают окислительные процессы, располагается она в текучих водоемах по течению за -мезосапробной.

Олигосапробные организмы характерны для чистых вод, в которых отсутствует аммиак, нитриты, сероводород, но содержится немного углекислоты. Благодаря большому количеству растворенного кислорода, вода не загнивает. Бактерий здесь мало (десятки или сотни в 1 мл воды). В донных отложениях отмечается незначительное содержание органического детрита. Широко распространены цветковые растения. Наблюдается большое разнообразие видов: зеленые водоросли, хризомонады, коловратки, ракообразные и др.

Для характеристики водоемов большое значение имеют населяющие их насекомые, моллюски и рыбы.

Схематическое представление о химических и биохимических процессах, протекающих в зонах сапробности водоемов, дает табл. 4.

При санитарной оценке водоемов необходимо учитывать различное значение двух существующих категорий биоценозов – бентоса и планктона. В реках, где планктон проносится мимо мест загрязнения, бентос правильнее отражает загрязнение воды. В стоячих водоемах показательное значение состава планктона приближается к значению бентоса.

Планктон и бентос могут играть весьма важную роль и как показатели загрязнения воды радиоактивными веществами благодаря способности аккумулировать эти вещества даже в случае их небольших концентраций и быстрого продвижения этого загрязнения по течению.

Из приведенного следует, что систематические биологические исследования позволяют наблюдать за колебаниями состава воды в водоеме и своевременно принимать меры против его загрязнения.

Как уже отмечалось, природные воды почти всегда содержат разнообразные микроорганизмы. Количество их определяется содержанием в воде питательных веществ, температурой, насыщенностью водоемов кислородом, действием бактериофагов и т.д.

Наличие микроорганизмов в подземных водах зависит от глубины залегания водоносного слоя и от характера грунта и почвы.

Как правило, подземные воды глубоких водоносных слоев стерильны. Небольшое содержание микроорганизмов в грунтовых водах объясняется адсорбцией микробов почвой при просачивании через нее воды. Однако следует иметь в виду, что ухудшение условий фильтрации может привести к загрязнению даже глубоко лежащих подземных вод.

В воде морей и океанов содержание микробов зависит от расстояния до берега. В реках подобной закономерности не наблюдается. Особенно много микроорганизмов содержится в иле водоемов. О.И. Бершовой установлено, что в донных отложениях Днепра содержится около 1 млрд. бактерий в 1 г.