Процесс самоочищения водоемов

Cамоочищение водоема О. А. Алекин (1970) определяет как совокупность всех процессов, направленных на восстановление первоначального химического состава воды, соответственно существовавшему ранее равновесию. Самоочищение трактуется и как совокупность процессов смешения, осаждения, распада и превращения веществ, загрязняющих водоемы. В соответствии с ГОСТом 17403 - 72 самоочищением называют совокупность всех природных процессов в загрязненных водах, направленных на восстановление первоначальных свойств и состава воды.

Вследствие сложности состава производственных и бытовых сточных вод оценка самоочищения водоема в целом представляет собой сложную комплексную задачу. Чаще дают оценку самоочищения водоема по отношению к легкоокисляемому органическому веществу, используя в качестве показателя определения ВПК (биологическое потребление кислорода). Оценка самоочищения производится и по данным определения конкретных соединений или их групп: фенолов, углеводородов, смол, а также на основании микробиологических показателей и анализа индикаторных организмов - сапробионтов. Только в том случае, когда имеются данные по всем показателям, можно говорить о самоочищении водоема в целом.

Степень самоочищения водоема выражают в количествах валового содержания распавшихся веществ (кг, т) или в процентах от снижения суммарного расхода отдельных соединений или их групп по сравнению со створом¹ полного смешения сточных вод и данными о расходах этих же веществ, поступающих с боковыми притоками обследуемого водоема. Расчет самоочищения по легкоусвояемому органическому веществу, содержащемуся в воде р. Москвы в различные сезоны 1945 и 1965 гг., произведенный С. М. Драчевым, показал, что самоочищающая способность реки в пределах города составляет несколько десятков (не менее 50) тонн в сутки органического вещества. Эта величина минимальна, ибо не учтены влияния донных отложений.

¹ (Обозначенный на местности участок реки, совпадающий с направлением поперечного сечения реки, на котором проводятся гидрологические и гидрохимические наблюдения)

В процесс самоочищения вовлекается не только легкоусвояемое органическое вещество, но и трудно окисляющиеся соединения. Их роль в составе органического вещества вод все более возрастает. Оценка самоочищения по биохимическому потреблению кислорода оказывается недостаточной. В последнее время в качестве общего критерия снижения в воде концентраций органических соединений используют определения органического углерода и бихроматной окисляемости (химического потребления кислорода, ХПК).

Немецкий ученый Б. Хок для определения степени снижения концентрации стойких органических веществ на различных расстояниях от мест выпусков сточных вод использовал дифференциальное уравнение:

где τ - время необходимое для преодоления расстояния от места выпуска до заданного створа, сутки;

I - величина ХПК в водоеме по прошествии времени τ, г/с;

K - коэффициент деструкции органического вещества, измеренный по ХПК, 1/сут.

Это уравнение может быть записано в виде:

где T₀ - величина ХПК в водоеме в пункте полного смешения, г/с.

При определениях ХПК в двух створах (A; B) на разных расстояниях по течению реки путем преобразования уравнения (2) можно определить величину K, которая будет характеризовать суммарную скорость окисления, в том числе труднораспадающихся соединений производственных сточных вод.

где TA И TB - величины ХПК в створах A и B.

Именно группа трудно распадающихся соединений, находящихся в водах рек и водохранилищ, привлекает внимание при оценке их состояния. Величина биохимического потребления кислорода (характеризует легкоусвояемое органическое вещество) составляет 20 - 50% от ХПК вод рек и водохранилищ. Часть ОВ в реках находится во взвешенной форме, определяемой полностью по ХПК. Легкоусвояемые, растворимые в воде соединения, например фенол, в результате превращений в водоеме могут преобразовываться в полимерные формы (рис. 7), переходить во взвесь, в стойкие элементорганические соединения или способствовать обогащению воды водоемов живым органическим веществом и образов ванных из них детритом (рис. 8).

Рис. 7. Первые стадии окисления фенола в водоемах и механизм этого процесса

Таким образом, только на основании всей суммы данных химического, бактериологического и биологического исследования можно судить о масштабах и степени самоочищения водоема. Водоем в целом считается чистым, если вода не менее чем на 90% его акватории удовлетворяет санитарным и рыбохозяйственным требованиям; дно, поверхность и берега этой части водоема не содержат видимых признаков загрязнения; формирование донных отложений соответствует естественным процессам круговорота веществ данного региона, а сложившиеся биоценозы остаются по составу и численности организмов постоянными в течение многолетних наблюдений.