Особенности самоочищения водоема от гидрофобных органических веществ

Группа гидрофобных ОВ включает большое число соединений, к общим признакам которых относится хорошая растворимость в неполярных или малополярных органических растворителях: эфире, хлороформе, гексане, четыреххлористом углероде. Многие гидрофобные вещества растворяются в жирах и маслах. Они обладают поверхностноактивными свойствами.

По отношению к общему содержанию органических веществ в чистой воде концентрации гидрофобной органики составляют от 1 до 5%. Однако их способность концентрироваться на поверхности водоема и на дне, сорбироваться высшей водной растительностью, замазучивать берега, высокая токсичность (ароматические углеводороды) позволяют выделить эту группу веществ из основных соединений, загрязняющих водоемы. Американский гигиенист М. Б. Эттингер показал, что в составе хлороформных экстрактов содержится ²/₃ пахнущих веществ из числа соединений промышленного синтеза, выделенных из рек Западной Вирджинии.

В зависимости от происхождения можно выделить следующие группы гидрофобных органических веществ:

1. Природные соединения воды и донных отложений чистых участков водоемов. К ним относятся продукты распада и превращения планктона, микроорганизмов, высшей водной растительности и гидрофобные вещества, выщелачиваемые из незагрязненной почвы (битумоиды, углеводороды). Они составляют фон гидрофобного органического вещества воды и донных отложений, учитывать который необходимо при оценке загрязнения водоемов.

2. Соединения бытового происхождения. Это группа легкоомыляемых органических веществ (жиры, масла), которые, как правило, относятся к неконсервативным веществам, легкоокисляющимся в условиях водоема.

3. Промышленные вещества. В этой группе ведущее место принадлежит нефти и нефтепродуктам. Нефтью называют сумму гидрофобных веществ, состоящих преимущественно из углеводородов и сложной смеси эле- менторганических соединений, основные из которых относятся к смолам и асфальтенам (нефтяным битумам).

4. Синтетические смолы. Высокомолекулярные, твердые, трудноокисляющиеся в условиях водоема вещества. Большая часть их мигрирует со взвесями, концентрируется и захороняется на дне. Вместе с природными смолами, нефтяными битумами, имеющими некоторые общие с ними аналитические признаки, они входят в состав битумоидов.

Фоновые концентрации хлороформрастворимых и эфирорастворимых органических веществ вод Верхневолжских водохранилищ составляют для первой группы веществ 0,3 - 0,8 мг/л, в отдельных случаях - до 0,5 мг/л и для второй группы - 0,6 - 2,0 мг/л. В воде Верхневолжских водохранилищ содержится около 20 мг/л сухого органического вещества с колебаниями ±5 мг/л. Сумма гидрофобных органических веществ может составить для чистых участков водохранилищ в период цветения до 5 - 10% от суммы всех органических веществ. Фоновое содержание углеводородов составляет 10 - 25 мкг/л, или 1 - 3%, от суммы гидрофобного органического вещества. Хлороформом и эфиром извлекаются зеленые и желтые пигменты. Сумма хлорофилла a, b, c может колебаться от 1 до 48 мкг/л, а каротиноидов - от 1,6 до 25 мкг/л.

Колебания концентраций пигментов связаны с биомассой водорослей, их видом и физиологическим состоянием. Биомасса хлорофилла на единицу биомассы водорослей может изменяться в 6 раз, а каротиноидов - в 8 раз. Максимальная сумма пигментов в евтрофированном Иваньковском водохранилище равна 73 мкг/л, что составляет 3 - 20% от суммы эфирорастворимых веществ вод чистых участков водохранилищ. О концентрации липидов можно судить из следующего расчета: в водорослях липиды составляют в основном 3 - 10% от их сухого веса, а в зоопланктоне - около 20%. Сухой вес в среднем составляет 10% от сырой массы. Биомасса фитопланктона в водохранилищах разной степени трофности в зависимости от времени года колеблется от 0,1 до 30,6 мг/л. Концентрация липидов за счет фитопланктона может составить 1 - 300 мкг/л. Исходя из часто встречающихся значений биомассы (0,5 - 9,8 мг/л) наиболее возможны концентрации липидов 5 - 9,8 мкг/л. Вместе с суммой пигментов максимальные фоновые концентрации эфирорастворимых веществ для Волги можно принять до 2,0 мг/л; для умеренно евтрофированных водоемов - 1,5 мг/л; для неевтрофированных - 0,5 - 1 мг/л.

Липиды по сравнению с белками и углеводами, по мнению многих авторов, наиболее стойкая часть органики, образующейся в водоеме. Они в значительной мере связаны с органогенными взвесями и захороняются на дне; частично превращаются в маслянистые и смолистые компоненты природных битумоидов. Основные содержания битумоидов колеблются от 0,05 до 0,5 мг/л в воде Верхневолжских водохранилищ. Битумоиды чистых участков водохранилищ представлены легкими смолами и маслами. Маслянистая фракция содержит парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды. Ее флюоресценция после отделения пигментов и липидов обусловлена ароматическими соединениями (полиядерными углеводородами). В составе гидрофобного вещества чистых и малозагрязненных водоемов удельный вес парафиновых углеводородов не очень значителен (17 - 47%).

Показатель отношения углеводородов к весу экстракта характеризует давность поступления и степень трансформированность нефтепродуктов. Вблизи от источников поступления в водоем нефтепродуктов углеводороды могут составлять 60 - 90% от веса сухого экстракта. На расстояниях от источников загрязнения, которое вода проходит за трое-четверо суток, отношение углеводородов к общему весу экстрактов составит 30 - 40%, а на чистых участках не превышает 10 - 20%. Низкие концентрации углеводородов в водоемах комплексного использования, например в Иваньковском водохранилище, одно из свидетельств того, что степень нагрузки сточных вод на водоем соответствует его самоочищающей способности. Сотрудники гидрохимического института А. Д. Семенов, А. Г. Страдомская, Л. Ф. Павленко обнаружили фоновые концентрации углеводородов (0,02 - 1,5 мг/л), которые отличаются в 75 раз. Данные о фоновых концентрациях отдельных соединений в водоемах позволяют более правильно оценить изменения состава вод на загрязняемых участках.