Чистота воды и содержание в ней кислорода

Что происходит при сбросе сточных вод. Теперь, когда мы знаем, каким образом органические загрязнения могут изменить концентрацию растворенного в воде кислорода, мы можем изучить реакцию водных организмов на такое загрязнение.

При попадании в реку органических веществ с бытовыми и промышленными сточными водами концентрация растворенного кислорода в воде уменьшается. Это вызвано окислением органических веществ бактериями или простейшими. Естественное перемешивание воды с воздухом в принципе способно возместить удаленный кислород, однако это происходит не сразу. Поначалу возникает конкуренция между факторами, способствующими обеднению воды кислородом (за счет окисления органических отходов), и факторами, восстанавливающими содержание кислорода в воде (перемешивание воды с воздухом). Эта конкуренция создает типичную картину концентрации кислорода по течению реки. Такая кривая представлена на рисунке.

Зоны загрязнения воды в реке

В потоке выделяются четыре основные зоны:

1. Зона чистой воды (высокий уровень растворенного кислорода) выше места сброса сточных вод.
2. Зона ухудшения качества воды (уровень растворенного кислорода падает).
3. Зона ущерба (относительно постоянный и очень низкий уровень растворенного кислорода).
4. Зона восстановления (повышение уровня растворенного кислорода).

Разумеется, если сточные воды сбрасываются в реку многократно вдоль ее течения, то зона ущерба может протянуться на много километров. Такие условия возникают вдоль рек, протекающих в крупных городских и промышленных районах.

Зона чистой воды . Эта зона находится вверх по течению от источника сброса сточных вод; здесь в чистой воде обитают рыбы, моллюски, личинки поденок и ручейников и многие другие виды.

А — Д. Организмы, которым необходимы чистая вода и чистое дно. Е — И. Водоросли, живущие только в чистой воде.

Чтобы выжить, этим животным требуется растворенный в воде кислород. Если концентрация кислорода в воде снижается, то эти чувствительные к кислороду виды исчезают первыми. К ним относятся также форель окунь, лосось, минога. Хотя потребность различных видов рыб в кислороде неодинакова, биологи в целом полагают, что для поддержания жизнедеятельности рыб в воде должно содержаться не менее 5 мг-л -1 кислорода.

Зона ухудшения качества воды . Эта зона находится ниже по течению от места сброса в реку органических отходов. Виды, которые способны выживать при несколько пониженных уровнях растворенного кислорода, называются умеренно толерантными. Примеры этих видов представлены на рисунке.

Водные организмы, толерантные к промежуточным уровням загрязнения воды.
А — 3. Донные животные. И — Н. Водоросли и простейшие.

Различные твердые частицы, присутствующие в сточных водах, могут сделать воду мутной.

Зона ущерба . Эта зона, следующая за зоной ухудшения качества воды, характеризуется тем, что растворенный в воде кислород практически отсутствует. При крайне низкой концентрации кислорода в воде способны выживать лишь немногие виды, а многочисленные виды, которые характерны для чистой воды, полностью исчезают. Их замещает группа организмов, называемых толерантными вследствие их способности обитать в условиях крайне низкого содержания кислорода.

Один из таких организмов — трубочник, питающийся различными остатками и способный существовать при содержании кислорода в воде всего 0,5 мг-л -1 . Другой обитатель загрязненного донного ила — личинка-крыска (личинка обыкновенной пчеловидки). Эта личинка дышит при помощи длинной дыхательной трубки, достигающей поверхности воды. Их может быть так много, что они покрывают сплошным колеблющимся красным ковром все дно ручья или речки. Еще один обитатель этой зоны — красная личинка комара-дергуна, или «мотыль». Как и трубочник, она питается донным илом. Организмы этой эоны представлены на рисунке.

Водные организмы, толерантные к высоким уровням загрязнения воды.
А — Д. Донные животные. Е — 3. Водоросли.

В зоне чистой воды многие виды сосуществуют в тесном соседстве друг с другом, причем каждый вид представлен умеренным числом особей. В зоне ущерба обитает очень небольшое число видов, но численность их может быть колоссальной. Если в зоне ущерба не удается обнаружить большого количества организмов, устойчивых к загрязнениям, то весьма вероятно, что какие-либо ядовитые химические отходы препятствуют увеличению их числа.

Зона восстановления . За зоной ущерба следует зона восстановления. Здесь вода становится чище и пропускает солнечный свет. В результате этого содержание кислорода в воде увеличивается до более приемлемых значений. С осветлением воды и восстановлением количества растворенного кислорода в воде начинают появляться водоросли. Их присутствие может привести к колебаниям содержания кислорода в воде.

В дневные часы водоросли выделяют кислород как побочный продукт фотосинтеза. Однако ночью дыхание водорослей и их разложение приводит к вторичному уменьшению концентрации кислорода. Эти вызванные наличием водорослей колебания содержания кислорода в воде могут привести к тому, что типичное водное сообщество, организмы которого требуют для своего существования кислорода, уже не восстановится. Ниже зоны восстановления могут снова появиться виды, характерные для зоны чистой воды.

Источник

Зоны сапробности водоемов

О чистоте воды в поверхностных водоисточниках судят по флоре и фауне (гидробионтам), которые могут обитать в разных по степени загрязненности водах, что называется их сапробностью.

1.Полисапробная зона — самая грязная, в воде содержится много органических соединений, мало О2, присутствуют продукты распада белка. В этой зоне обитают только анаэробные МО, сапрофиты и нитчатые бактерии.

2.Альфа-мезосапробная – начинают протекать аэробные процессы окисления органических веществ, вследствие чего появляются соли аммония и поселяются сине-зеленые водоросли, но вода достаточно грязная.

3.Бета-мезосапробная – содержит много О2, поддерживающего процессы аэробного окисления. Микробов меньше, появляются инфузории, моллюски, некоторые виды рыб. Активные процессы самоочищения.

4.Олигосапробная – зона чистой воды, в которой есть продукты полного распада белка (нитраты), присутствуют только аэробы, появляются цветковые растения, раки, рыбы.

В 3 и 4 зонах можно устраивать водозабор для организации водопровода.

Оценка водоснабжения в полевых условиях.

Инженерная служба должна организовать и осуществить разведку водоисточников.

Химическая служба должна провести химическую и радиационную разведку водоисточников, осуществить дегазацию и дезактивацию местности, провести контроль качества воды.

Служба тыла должна провести разведку источников в тылу.

Медицинская служба должна осуществить контрольные функции и спец.мероприятия по улучшению свойств воды; принять участие в проведении санитарно-топографической, санитарно-технической и санитарно-эпидемиологической разведки; контролировать сан.состояние пункта водоснабжения и др.

Осн.требования к воде в полевых условиях:

-в качественном отношении – безвредность

-в количественном отношении – удовлетворение физиологических и хозяйственно-бытовых потребностей

Безвредность обеспечивается при отсутствии ядовитых (токсичных) химических соединений, радиоактивных в-в, патогенных бактерий и токсинов, колититр не менее 100. Безвредность достигается обеззараживанием (дезинфекцией) воды, обезвреживанием (дегазацией) и освобождением ее от радиоактивных в-в (дезактивацией).

Источник

Краткая характеристика спаробности

Полисапробная зона:

• содержится значительное количество нестойких органических веществ и продуктов их анаэробного распада.
• Много белковых веществ.
• Фотосинтеза нет.
• Кислород поступает в воду только за счет атмосферной аэрации и полностью расходуется на окисление.
• Дефицит кислорода.
• В воде присутствуют сероводород и метан.
• На дне кислорода нет, много детрита, идут восстановительные процессы, железо присутствует в форме FeS, ил черный с запахом H₂S.
• Очень много сапрофитной микрофлоры.
• Хорошо развиты гетеротрофные организмы:
  • нитчатые бактерии (Sphaerotilus),
  • серные бактерии (Beggiatoa, Thiothris),
  • бактериальные зооглеи (Zoogloea ramigera),
  • простейшие — инфузории (Paramecium putrinum, Vorticella putrina),
  • бесцветные жгутиковые,
  • олигохеты Tubifex tubifex,
    водросль Polytoma uvella.

Альфа-мезосапробная зона:

• начинается аэробный распад органических веществ, образуется аммиак, углекислота;
• кислорода мало, сроводорода и метана нет.
• БПК составляет десятки милиграмм в литре.
• Количество сапрофитных бактерий определяется десятками и сотнями тысяч в 1 млл.
• Железо находится в окисной и закисной формах.
• Протекают окислительно -восстановительные процессы.
• Ил серого цвета.
• Содержатся организмы, приспособленные к недостатку кислорода и высокому содержанию углекислоты.
• Преобладают растительные организмы с гетеротрофным и миксотрофным питанием.
• Отдельные организмы развиваются в массе:
  • бактериальные зооглеи,
  • нитчатые бактерии,
  • грибы,
  • из водрослей — осциллатории, стигеоклониум, хламидомонас, эвглена.

• Встречаются в массе сидячие инфузории (Carchesium), коловратки (Brachionus), много окрашенных и бесцветных жгутиковых.
• В илах много тубифицид (олигохеты) и личинок хирономид («мотыль»).

Бета-мезосапробная зона:

• нет нестойких органических веществ, произошла полная минерализация.
• Сапрофитов — тысячи клеток в 1 млл, и резко увеличивается их количество в период отмирания растений.
• Содержание кислорода и углекислоты колеблется в зависимости от времени суток: днем избыток кислорода, дефицит углекислоты; ночью — наоборот.
• Ил желтый, идут окислительные процессы, много детрита.
• Много организмов с автотрофным питанием, наблюдается цветение воды, так как сильно развит фитопланктон.
• Встречаются
  • диатомовые водросли Melosira vaians, Diatoma, Navicula;
  • зеленые водросли Cosmarium, Botrytis, Spirogira crassa, Cladophora;
  • много протококковых водрослей.

• Впервые появляется роголистник Ceratophyllum demersum.
• Много корненожек, солнечников, червей, моллюсков, личинок хирономид.
• Встречаются ракообразные и рыбы, т.е. миого разных видов, но численность и биомасса их невелика.

Олигосапробная зона.

• Это практически чистые водоемы.
  Цветения не бывает, содержание кислорода и углекислоты не колеблется.
• На дне мало детрита, автотрофных организмов и бентосных животных (червей, моллюсков, личинок хирономид).
• Встречаются водoросли Melosira itallica, Draparnaldia glomerata и Draparnaldia plumosa, коловратка Notholea longispina, ветвеусые рачки Daphnia longispina и Bythotrophes longimanus, личинки поденок, веснянок, моллюск Dreissena polymorpha, рыбы стерлядь, гольян, форель.

Источник

Уровни сапробности и трофности вод

Уровень сапробности	Ступень трофности	Ведущие организмы из числа инфузорий
Полисапробный: очень сильное органическое загрязнение, мало кислорода, много бактерий; видовой состав беден, численность особей высокая	Политрофная: очень большой избыток питательных веществ (гниющие воды)	Caenomorpha, Colpidium, Epalxella, Lacrymaria, Metopus, Vorticella
ά-мезосапробный: значительное органическое загрязнение, мало кислорода, видовой состав богат, численность особей высокая	Эвтрофная: много питательных веществ, много фотосинтезирующих протистов	Carchesium, Chilodonella, Paramecium, Urocentrum
β-мезосапробный: слабое органическое загрязнение, много кислорода; видовой состав богат	Euplotes, Halteria, Spirostomum, Stentor
Олигосапрробный: чистая, богатая кислородом вода; видовой состав беден, численность особей низкая	Олиготрофная: мало питательных веществ	Dileptus, Strobilidium, Thuricola

При загрязнении водоема в нем изменяются физико-хими­ческие условия. При этом одни формы гидробионтов поги­бают, другие получают преимущества для свободного разви­тия, и в результате происходит смена биоценоза на загрязнен­ном участке. Многие гидробионты способны развиваться только в воде определенного качества, и поэтому обнаружи­вают четко выраженную приспособленность к определенным зонам загрязнения.

Полисапробная зона (р)характеризуется большим содержанием нестойких органических веществ и наличием продуктов их анаэробного распада. В воде в изобилии при­сутствуют белковые вещества. БПК (биологическое потребление кислорода) составляет десятки миллиграммов на литр. Фотосинтез отсутствует. Кислород может поступать в воду только за счет атмосферной реаэрации, и так как он пол­ностью потребляется на окисление в поверхностных слоях, то в воде он практически не обнаруживается. Вода содержит метан и сероводород.

Для этой зоны характерно наличие большого числа сапрофитной микрофлоры, представленной сотнями тысяч и даже миллионами клеток в 1 мл. В донных отложениях кислород отсутствует, содержится много орга­нического детрита, протекают восстановительные процессы, железо находится в форме FeS. Ил имеет черную окраску с запахом сероводорода. В этой зоне в массе развиваются растительные организмы с гетеротрофным типом питания: сапрофитные бактерии, нитчатые бактерии, серные бактерии, из простейших – инфузории, бес­цветные жгутиковые (рис. 4).

Рис. 4. Организмы полисапробной зоны: 1–11 – нитчатые бактерии; 12–14 – жгутиконосцы; 15–23 – инфузории

Альфа-мезосапробная зона (а – т). В этой зоне начинается аэробный распад органических веществ с образованием аммиака, содержится много свобод­ной углекислоты, кислород присутствует в малых количест­вах. Метан и сероводород отсутствуют. Количество загряз­нения, определяемого по БПК, все еще очень велико: десятки миллиграммов на литр. Количество сапрофитных бактерий со­ставляет десятки и сотни тысяч в 1 мл.

В воде и донных отложениях протекают окислительно-восстановитель­ные процессы; железо трехвалентное и двухвалентное, ил сероватой окраски. В а – т зоне развиваются ор­ганизмы, обладающие большой выносливостью к недостатку кислорода и большому содержанию углекислоты. Пре­обладают растительные организмы с гетеротрофным и миксотрофным питанием. Отдельные организмы имеют массовое развитие. Обильно развиваются нит­чатые бактерии, грибы, водоросли. Из животных организмов обильны обрастания сидя­чими инфузориями (Carchesium), встречаются коловратки, много окрашенных и бесцветных жгутиковых (рис. 5).

Рис. 5. Альфа-мезосапробные организмы: 1–3 – бактерии; 4 – одноклеточная водоросль; 5–6 – многоклеточные водоросли; 7–13 – инфузории

Бета-мезосапробная зона (β – m) отмечается в водоемах, почти освободившихся от нестойких органических веществ, распад которых дошел до образования окисленных продуктов (полная минерализация).

Количество сапрофит­ных бактерий составляет тысячи клеток в 1 мл и резко уве­личивается в период отмирания водной растительности. Кон­центрация кислорода и углекислоты сильно колеблется в те­чение суток, в дневные часы содержание кислорода в воде доходит до пресыщения, и углекислота может полностью ис­чезать. В ночные часы наблюдается дефицит кислорода в воде.

В иле много органического детрита, интенсивно про­текают окислительные процессы, ил желтой окраски.

В этой зоне большое разнообразие животных и растительных орга­низмов. В массе развиваются растительные организмы с автотрофным питанием, наблюдается цветение воды многими представителями фитопланктона. В обрастаниях обычны зеленые нитчатки и эпифитные диатомеи; в иле – черви, ли­чинки хирономид, моллюски (рис. 6).

Рис. 6. Бета-мезосапробные организмы: 1–3 – нитчатые бактерии; 4 – зеленые водоросли; 5–6 – водоросли; 7–8 – жгутиковые; 9–10 – инфузории; 11–12 – водоросли; 15 – кольчатые черви: 18–19 – грибы

Олигосапробная зона (о) характеризует практи­чески чистые водоемы с незначительным содержанием не­стойких органических веществ и небольшим количеством про­дуктов их минерализации.

Содержание кислорода и углекислоты не претерпевает заметных колебаний в дневные и ночные часы суток. Цветение водорослей, как правило, не на­блюдается. В донных отложениях содержится мало органиче­ского детрита, автотрофных микроорганизмов и бентосных животных (червей, личинок хирономид и моллюсков).

Пока­зателями большой чистоты воды в этой зоне являются неко­торые красные водоросли и водные мхи (рис. 7).

Рис. 7. Олигосапробные организмы: 1, 2, 3, 6, 10, 13, 14 – водоросли; 4, 8, 12 – инфузории; 7 – кишечнополостные; 11 – личинка

По мере развития процесса биологического самоочищения возрастает видовое разнообразие, но численность каждого отдельного вида уменьшается:

• в олигосапробной зоне разнообразие видов достигает максимума, зато численность отдельных видов невелика.

• для полисапробной зоны характерны небольшое число видов и очень высокая численность каждого отдельного вида.

Система сапробных организмов полностью отвечает экологическому принципу Тинеманна: «Чем больше условия существования данного местообитания отличаются от оптимальных для большинства видов, тем беднее по видовому разнообразию становится биоценоз и тем характернее и многочисленнее – каждый отдельный вид» (Основы экогеологии…, 2004).

Система Кольквитца и Марссона сразу получила широкое распространение и была использована для оценки санитарного состояния водоемов, особенно в Европе и России. В нашей стране создалась школа санитарных гидробиологов (Я. Я. Никитинский, Г. И. Долгов, С. Н. Строганов, С. М. Вислоух и др.), успешно применявших и развивавших систему санитарно-биологического анализа, т. е. состояние водоема определялось на основе животных и растительных организмов.

Кольквитц и Марссон подчеркивали, что основное значение следует придавать не отдельным видам, а биоценозам, т. е. сообществу показательных организмов.

Очень чистые водоемы практически не несут следов воз­действия человека. В России к таким водоемам могут быть отнесены многие озера и реки Сибири, севера Дальнего Востока, а на европейской территории – Ладожское и Онежское озера, Рыбин­ское водохранилище, некоторые северные реки. В этих водое­мах насыщение воды кислородом достигает 95 %, БПК не пре­вышает 1 мг/л, а взвешенные вещества – 3 мг/л. Вода в очень чистых водоемах пригодна для всех видов водополь­зования.

Водоемы, относимые к категории чистых, по химическим показателям почти не отличаются от очень чистых, но следы влияния деятельности человека проявляются, прежде всего, в увеличении количества сапрофитной микрофлоры в воде. Воды водоемов второго класса также пригодны для всех видов водопользования.

Умеренно загрязненные воды характеризуются повышен­ным содержанием органических веществ, ионов хлора и солей аммония. Они несут в себе признаки загрязнения поверхност­ным стоком и бытовыми водами. Умеренно загрязненные воды после соответствующей очистки пригодны для хозяйст­венно-питьевого использования, разведения некоторых видов рыб и для прочих видов водопользования.

К категории загрязненных отнесены реки и озера, природные свойства которых значительно изменены в результате поступления в них сточных вод. В зимний период при обра­зовании ледяного покрова на загрязненных участках водоема могут создаваться анаэробные условия. Загрязненные воды не пригодны для питьевого, хозяйственно – бытового и спортив­ного назначения, а также для рыбоводства. Они могут быть использованы, да и то с ограничениями, в некоторых произ­водственных процессах, для орошения и судоходства. В стра­нах Западной Европы, при остром дефиците воды, загряз­ненные воды используют для хозяйственно-питьевого назна­чения, применяя при этом сложные способы очистки.

В грязных и очень грязных водоемах природные свойства воды сильно изменены. В летний период вода этих водоемов издает неприятные запахи. Повышенное содержание агрес­сивной углекислоты и сернистых соединений в воде грязных водоемов оказывает вредное воздействие на обшивку судов и портовые сооружения, вследствие чего эти водоемы огра­ниченно пригодны для судоходства. Для орошения воды грязных водоемов могут быть использованы с ограничениями, не под все культуры.

Для оценки степени загрязнения водоема необходимо пользоваться средними данными, собранными в период наиболее критического состояния водоема. Например, наимень­шая концентрация растворенного кислорода наблюдается летом или в период ледостава, температура наиболее высо­кая – летом. По многим показателям наиболее неблагоприят­ные условия создаются зимой. Пока­затели в этот период и принимаются за основу при оценке степени загрязненности водоема.

Источник