Гигиеническая характеристика поверхностных водоемов. К поверхностным водоемам относятся реки, проточные и непроточные озера, водохранилища, ручьи. Поверхностные водоемы питаются за счет как атмосферных осадков, так и подземных вод. Поскольку водоемы пополняются преимущественно атмосферными осадками, химический состав воды в них в основном зависит от гидрометеорологических условий и заметно колеблется на протяжении года. В то же время на химический состав воды существенно влияет характер грунтов на территории водосбора — площади, с которой поверхностный сток в конечном счете попадает в конкретный водоем. Так как во время формирования поверхностных водоемов вода контактирует преимущественно с породами и почвами на поверхности земли, то она обычно содержит мало солей и является пресной.
По сравнению с подземными водами для поверхностных водоемов характерны большое количество взвешенных веществ, низкая прозрачность, повышенная цветность за счет гуминовых веществ, вымывающихся из почвы, более высокое содержание органических соединений, наличие аутохтонной микрофлоры, наличие в воде растворенного кислорода. Поверхностные воды, как правило, слабо или мало минерализованы, мягкие или умеренно жесткие. В то же время в непроточных озерах и водоемах концентрация солей в воде может быть повышенной вследствие испарения. Кроме того, высокая минерализация и жесткость характерны для водоемов, формирующихся в солончаковых грунтах. Химический состав воды поверхностных водоемов разнообразный. Сухой остаток главным образом представлен ионами: СГ~, НСО~, SO^-, Ca2+, Mg2+, Na+. Соотношение этих ионов в воде разных водоемов значительно варьирует. Поверхностные водоемы в большинстве случаев имеют очень низкое содержание микроэлементов, хотя в природных биогеохимических провинциях возможна высокая их концентрация.
Для открытых водоемов характерно непостоянство качества воды, которое может изменяться в зависимости от сезона года и даже погоды. Так, во время ливня или таяния снега в водоем смываются взвешенные и гуминовые вещества, остатки химикатов с сельскохозяйственных полей, твердые бытовые и промышленные отходы и т. п. С атмосферными осадками, таянием снега связаны значительные колебания количества воды в поверхностных водоемах. В проточных водоемах расход воды1 весной во время наводнения значительно увеличивается, в то время как летом, особенно в жару и засуху, — уменьшается.
Открытые водоемы легко загрязняются извне. В природных условиях наблюдается определенное загрязнение взвешенными и гуминовыми веществами, остатками растений, которые вымываются поверхностным стоком из почвы, продуктами жизнедеятельности животных и птиц, рыб и водорослей. Поэтому с эпидемиологической точки зрения открытые водоемы потенциально опасны.
Основным источником загрязнения являются сточные воды, которые образуются вследствие использования воды в быту, на промышленных предприятиях,
Под расходом воды подразумевают ее объем, проходящий за единицу времени через площадь поперечного сечения реки. Чаще всего измеряют в кубических метрах за секунду.
Процесс самоочищения является суммой процессов, связанных с возвращением водной экосистемы в ее первоначальное состояние. Такими важнейшими процессами являются:
-
осаждение грубодисперсных и коагуляция водных примесей; -
окисление (минерализация) органических примесей; -
окисление минеральных примесей кислородом; -
нейтрализация кислот и оснований за счёт буферной емкости водоема; -
гидролиз солей тяжелых металлов, приводящих к образованию малорастворимых гидроокислов и выделению их и з раствора и т.д.
Самоочищение включает в себя физические и химические реакции, посредством которых происходит изменение качества воды и осадков и создаются новые экологические условия.
Факторы самоочищения водоемов условно можно разделить на 3 группы:
-
физические -
химические -
биологические.
Физическое самоочищение
Среди физических факторов первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающего загрязнителя. Хорошее перемешивание и снижение концентрации взвешенных частиц обеспечивается интенсивным течением.
Среди физических процессов, ведущих к самоочищению, исследователи также часто выделяют сорбционные и седиментационные процессы. Микроорганизмы под собственной тяжестью или, осаждаясь на других органических и неорганических частицах, постепенно опускаются на дно, подвергаются действию других физических факторов, что способствует быстрому отмиранию загрязняющей микрофлоры. Сдерживает этот процесс снижение температуры воды, благоприятствующее длительному сохранению попавших в водоем бактерий и вирусов. Например, в зонах с умеренным климатом река самоочищается через 200-300 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере – через 2 тыс. км.
Обеззараживание воды происходит под влияние ультрафиолетового излучения Солнца. Эффект обеззараживания достигается прямым губительным воздействием ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, а также на споровые организмы и вирусы.
Химическое самоочищение
Отмиранию микрофлоры могут способствовать некоторые химические вещества. При этом кроме патогенных бактерий и вирусов в водоемах могут отмирать и микроорганизмы, играющие существенную роль в самоочищении водоемов.
Согласно работам институтов химической физики и экспериментальной метеорологии России, немалую роль в процессах самоочищения играют окислительно-восстановительные превращения с участием окислителей естественного происхождения (О2, Н2О2) и растворенных форм металлов переменой валентности, являющихся катализаторами.
На роль гомогенных катализаторов в условиях природных вод могут претендовать растворенные формы таких металлов как медь и железо. Каталитическая функция растворенных форм железа возрастает при наличии в природной воде источников сильных комплексообразователей. В этом случае реакция гидролиза ионов железа, удаляющая растворенный металл из водной среды, конкурирует с реакциями комплексообразования и последующего окисления органического вещества.
Среди растворенных форм меди особый интерес вызывают акваионы этого металла, включенные в биолого-химическую редокс модель природной воды, предложенной российскими учеными института химической физики на основе натурных экспериментов.
Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окисляемому органическому веществу (определяемому по биохимической потребности кислорода –БПК) или по общему содержанию органических веществ (орпеделяемому по химическому потреблению кислорода – ХПК). Оценку самоочищения производят и по содержанию конкретных соединений или их групп (фенолов, углеводородов, смол).
Санитарный режим водоемов характеризуется, прежде всего, количеством растворенного в нем кислорода. Его должно быть не менее 4 мг на 1 л вод в любой период года для водоемов первого и второго видов. К первому виду относятся водоемы, используемые для питьевого водоснабжения предприятий, а также находящиеся в черте населенных пунктов. Водоемы, предназначенные для сохранения и воспроизводства ценных пород рыб, должны содержать не менее 6 г растворенного кислорода на 1 л воды.
Биологическое самоочищение
Биологический путь самоочищения с помощью бактерий и водорослей всегда считался самым мощным. К биологическим факторам самоочищения водоема относят водоросли, плесневые и дрожжевые грибы. Биота микроводорослей участвует как в образовании пероксида водорода, так и в его разложении в результате выделения в водную фазу веществ с сильными восстановительными свойствами (DH2). Разложение пероксида водорода с образованием свободных гидроксильных радикалов на комплексах, образуемых акваионами меди с DH2, ведет к быстрому окислению загрязнителей природных вод. То есть, при условии превышения скорости образования пероксида водорода над скоростью образования биотой DH2 и наличия в среде следовых количеств меди, в природной воде реализуется мощный канал радикального самоочищения. Относительно природы веществ DH2, имеются пока только предположения, согласно которым под DH2 подразумевают тиольные соединения.
Однако фитопланктон не всегда положительно воздействует на процессы самоочищения: в отдельных случаях массовое развитие сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения.
