Бессточные водоемы Казахстана. Том 1. Гидрохимический режим

Романова София

На самоочищающую способность (СС) природных вод оказывают влияние многие факторы, роль которых оценивается учеными по – разному. Одни из них склонны выделять чисто процессы самоочищения (преимущественно отмирание чуждых водоему микроорганизмов, снижение содержания токсикантов за счет физико-химических и биохимических реакций и т.п.) и собственно смешение и разбавление загрязненной воды природной. Другая группа исследователей считает разбавление как один из факторов самоочищения наряду с такими процессами, как действие солнечной радиации, осаждение, поглощение и др.

В настоящее время выделяется пять главных направлений в исследовании процессов разбавления сточных вод природной водой и СС водных объектов. Каждое из этих направлений является предметом самостоятельного изучения:

1) разработка методов расчета разбавления и перемешивания

сточных вод в водоемах (водотоках) при различных условиях;

2) изучение химизма превращения токсикантов в воде, илах, донных отложениях, взвесях;

3) выявление роли микроорганизмов;

4) исследование влияния процессов фотосинтеза;

5) изучение механизма миграции загрязняющих веществ (ЗВ) в подземных водах.

Изучение СС водных объектов проводится по – разному: расчетным путем (расчет скоростей превращения ЗВ, их ПДС, моделирование, прогноз) и натурными исследованиями (лабораторные условия или непосредственно на водном объекте) [90; 91] и др.

В настоящем учебном пособии из-за ограниченного объема нереально детально осветить все вопросы, связанные с проблемой самоочищения природных вод. Ниже приведен краткий обзор литературы по выявлению исключительной самоочищающей способности водоемов и водотоков аридных зон в сравнении с водоемами гумидных областей.

Роль сорбционных процессов в снижении концентрации тяжелых металлов, фосфора в воде оз. Балкаш подробно изложена автором в разделе 3.4.

Детальными многолетними исследованиями С.С. Крученко установлено, что при упаривании вод континентального происхождения в твердую фазу выпадают осадки (карбонаты, сульфаты), увлекая за собой такие компоненты, как бром (0,002 – 0,025%), йод (0,0002 – 0,016%), бор (0,0002 – 0,005%), кремний (до 0,02%), фосфор (до 2 . 10^{– 5}%), калий (0,016 – 0,094%) [92]. А.И. Мун доказал, что такие элементы как фтор, бром, йод, бор, литий, калий, рубидий, цезий, кобальт, никель и цинк аккумулируются из воды континентальных водоемов донными отложениями, благодаря адсорбции их различными коллоидами, но геохимическое поведение названных элементов в системе «вода – ил» различное [93].

Для долгосрочного прогнозирования качества природных вод необходимо знание о скорости самоочищения. По данным натурных наблюдений на реках СНГ И.М. Кореновской и др. [94] рассчитаны значения коэффициентов скорости самоочищения речных вод 80 % – ой обеспеченности в весенне-летний период от некоторых загрязняющих веществ (таблица 1.4). Так, наибольшим значением К, равным 1,80 1/сут, характеризуются ионы аммония, наименьшими (0,20 1/сут) – ХПК, НП, Fe, Ni и Cr.

Практически все реки России изучены на предмет загрязнения и самоочищения их вод. Выявлено, что процессы самоочищения от нефтепродуктов протекают более интенсивно при сравнительно высоких температурах в летний период и значительно в меньшей мере зимой. Так, для р.Кубани самоочищающая способность в зимний период колеблется в пределах 7-35%, а летом повышается до 20 – 60%.

Максимальные величины перерабатывающей способности (ПС) р. Кубани от нефтепродуктов (600 – 3040 кг/час) определены при наибольших расходах воды во время паводков. В межень и при низких температурах (0-5 ⁰С) нефтепродукты слабо «перерабатываются» (0,11–5,71 кг/час) [95]. Аналогичное явление наблюдается и в других реках бассейна р. Кубани [96], Донецкой и других областях [97].

Таблица 1.4 – Коэффициенты скорости самоочищения речных вод от некоторых загрязняющих веществ

Сравнительно интенсивно процессы самоочищения речных вод от некоторых веществ протекают на участках протяженностью до 10 км ниже сброса стоков. При этом СС по БПК₅, например, в р. Кальмиус (Донецкая область) составляла 57%, по NH⁺₄ ионам – 60%.

Л.Ф. Носачева и К.Р. Амрин изучали СС некоторых рек Центрального Казахстана от органических веществ [98]. Так, в р. Нуру производится сброс сточных вод предприятий химической, металлургической, энергетической промышленности, а также бытовых сточных вод. Общий объем стоков бассейна р. Нуры составлял в 1975 г. около 120 тыс.м³/сутки,

а в 1987 г. уже 477 тыс.м³/сутки [99]. Концентрация фенолов в речной воде в 1975 г. уменьшается до исходной величины (0,001 мг/л) через 3 суток пробега воды от места сброса сточных вод. На участке реки, в 5 км от источника загрязнения, снижение концентрации ОВ (по БПК₅) весной составляло около 88%, летом – 53%. Осенью процессы самоочищения р. Нуры более четко выражены на значительном расстоянии (12 км) от места сброса сточных вод и составляют 55 %. Путем анализа данных по содержанию ОВ за 1987 г. в воде р. Нуры (г. Темиртау) на участках 0,5 км и 5,7 км ниже объединенного сброса сточных вод, автором получены следующие результаты по СС (в %): БО – 11,6; БПК₅ – 20,5; фенолы и СПАВ – 60%; нефтепродукты – 50%. В реки Чурубай Нуру, Сокыр, основных притоков р. Нуры, также осуществляется сброс сточных вод. В малых реках более заметно влияние стоков и самоочищение обычно заканчивается на больших расстояниях (20 – 30 км), чем в крупных реках. Наиболее интенсивно превращение ОВ происходит в летний период, когда уменьшение их содержания (по БП₃К₅) составляет 62%. Если объем₃ стоков в р. Сокыр в 1975 г. составлял 80 тыс.м , то в 1989 г. – около 269 тыс.м. С увеличением расстояния от места сброса стоков содержание растворенного кислорода увеличивалось от 0 до 76% насыщения. В летний период процессы самоочищения в реке начинают проявляться на расстоянии 30 км от источника загрязнения. Весной и осенью за счет процессов самоочищения снижение концентрации загрязняющих веществ колеблется в пределах 36 – 89%.

Естественно ожидать, что большие количества загрязняющих веществ, сбрасываемые в водоемы и водотоки, затрудняют протекание процессов самоочищения. СС воды от металлов, как правило, зависит от абсолютного содержания его в верхнем створе: при более высоких концентрациях СС воды бывает более высокой, чем при сравнительно низких концентрациях. Кроме того, решающую роль в снижении концентраций тяжелых металлов играют процессы сорбции и образования труднорастворимых соединений.

Донные отложения, взвеси оказывают значительное влияние на СС водоемов и водотоков. Изучая роль перемешивания водных масс с донными отложениями на процесс потребления кислорода биохимически нестойкими соединениями, выявлено, что константа скорости этого процесса здесь возрастает в 4,2 раза по сравнению с опытами в статическом режиме [100]. Микроорганизмы, живущие в илах, способны разлагать многие органические соединения или потреблять различные ионы веществ. Так, в мелководных (3,5 – 4,0 м) прудах Ростовской области специальными исследованиями выявлено значительное превышение содержания летучих (ЛОВ) и растворенных органических веществ (РОВ) в иловых вытяжках по сравнению с содержанием их в воде [101]. Образование ЛОВ в илах происходит в основном в результате разложения высокополимерных ОВ микроорганизмами, а также за счет процессов хемосинтеза. Параллельно с образованием ЛОВ в илах наблюдаются и процессы их потребления различными микроорганизмами, что включает новые циклы биохимических превращений.

Е.А. Спонти и соавторы изучали превращение некоторых нефтепродуктов в природных водах и стерильных условиях [102]. Ими установлено, что разрушение тридекана при начальных концентрациях 1,2 и 2,6 мг/л практически заканчивается, соответственно, на 2 и 15 – ые сутки опыта. При увеличении содержания исходного вещества до 4,9 мг/л в течение 15 суток разрушалось около 85% токсиканта. Скорость окисления тридекана в естественных условиях составляла 0,55 – 0,70 мг/сутки, в то время как в стерильных условиях она не превышала 0,03 мг/сутки. Эти цифры свидетельствуют о превалирующей роли биохимического фактора в снижении концентрации тридекана в природной воде.

Дизельные и авиационные масла обладают высокой стабильностью. В течение 50 суток опытов их концентрация в природной воде оставалась практически неизменной. Скорость окисления дизельного топлива при исходной концентрации 3,4 мг/л в среднем составляла 0,13 мг/сутки.

Лабораторные исследования, проводимые [103] по вопросу трансформации лигносульфонатов в природных водах, позволили установить наличие зависимости скорости их биохимической деструкции от присутствия донных отложений. Авторы доказали факт сорбции лигносульфонатов донными осадками и взвешенными веществами.