Процессы, способствующие самоочищению водных объектов

К очищающим процессам можно отнести: механическое осаж­дение взвесей, биологическое или химическое окисление органи­ческих и других загрязняющих веществ их минерализацией и осаждением; химические процессы, протекающие с участием кис­лорода, нейтрализации тяжелых металлов и им подобных загряз­нителей; поглощение донными отложениями и водной раститель­ностью различных загрязнителей и другие им подобные процессы.

Процесс самоочищения от неконсервативных загрязняющих веществ сопровождается потреблением кислорода на минерализа­цию органических веществ и растворением кислорода, поступаю­щего с поверхности водного зеркала, так называемой реаэрацией.

Процесс потребления кислорода характеризуется уравнением

Lg(VA,) = ~*it, (1.9)

где L-_a — БПК_полн в начальный момент процесса потребления кислорода, мг/л; L, — БПКполн по прошествии времени {, мг/л; к\ — константа потребления кисло­рода (БПК) при данной температуре воды; t— время, в течение которого идут процессы потребления и реаэрации кислорода, сут.

Растворимость кислорода в воде сравнительно ограничена, по­этому из-за невысокого его содержания в воде интенсивность окислительных процессов снижается. Также на интенсивность окислительных процессов влияют начальное содержание кислоро­да в воде и интенсивность пополнения его содержания из воздуха через водную поверхность по мере расходования его на окисле­ние.

Процесс растворения кислорода характеризуется уравнением Lg(D_t/DJ = -k₂t, (1.10)

где D._a — дефицит растворенного кислорода в начальный момент наблюдений, мг/л; D_t — то же по прошествии времени /, мг/л; /с₂ — константа реаэрации кислорода при данной температуре воды.

Учитывая одновременность протекания обоих процессов во взаимно противоположном к.правлении, окончательная скорость изменения дефицита кислорода по прошествии времени t может быть выражена уравнением

4=АА(Юг‘'-102-^а)/(*₂ -К)+ А- 1< ¥ ^й. (1.11)

Приравнивая к нулю первую производную уравнения (1.11) по t можно получить выражение для t_Kp, соответствующее минимуму содержания кислорода в воде:

'кр = lg{(*2/*i)[l - Д, (*2 - *1 )/к_хЦ\}. (1.12)

После определения /_кр, зная L_a и Д,, по формуле (1.11) можно рассчитать минимальное содержание кислорода. Допустимый минимум кислорода в водной среде установлен санитарными правилами в зависимости от вида водопользования водным объектом.

В большинстве случаев при Т — 20 °С, к₂ = 0, 2, aki = 0, 1. С уче­том особенностей водных объектов можно принимать значения к₂: для водохранилищ и слабопроточных водоемов — 0, 05...0, 15; для рек со скоростью течения v< 0, 5 м/с — 0, 2...0, 25; для рек со скоро­стью течения v> 0, 5 м/с — 0, 3...0, 8; для малых рек — 0, 5...0, 8. Для других температур Т константу к\ вычисляют по уравнению

к\(Т) ⁼ & i(20 °С) • 1, 047^ЗГ-20”^С. (1.13)

Кислородный режим в водных объектах зависит от температу­ры. При повышении температуры воды скорость потребления кислорода возрастает, а скорость реаэрации практически не меня­ется.

Как видно из графиков, для лета снижение показателя БПК до допустимых значений происходит за 2...8 сут, а для условий зимы такое же снижение наблюдается за 4...15 сут. Приведенные значе­ния соответствуют спокойным потокам в естественных условиях. Для потоков бурных, сильно аэрированных или с искусственной аэрацией скорость процесса самоочищения возрастает в несколь­ко раз.

В водных объектах протекают процессы самоочищения от тя­желых металлов (Си, Zn, Fe, Al, As, Cd и др.). Для различных ком­понентов загрязняющих веществ интенсивность очищающих про­цессов в водных объектах зависит от конкретных условий и колеб­лется в значительных пределах. Самоочищение водных объектов, протекающее под воздействием химических процессов, зависит как от самоочищаемого компонента и его начальной концентра­ции, так и от температуры, жесткости воды, геологического строе­ния русла, наличия очагов вторичного загрязнения, а также от других факторов. Для некоторых загрязнителей процесс самоочи­щения протекает достаточно энергично, для других, особенно для высокотоксичных элементов с малыми значениями ПДК, сни­жение их концентраций до допустимых значений очень замед­ленно.

28. Закисление природных вод кислотными остатками. Буферная емкость естественных водоемов.

Закисление повехностных вод - одна из глобальных проблем современности. Главными кислотными соединениями в Арктике являются оксиды серы. Они образуются при сжигании ископаемых видов топлива и расплавлении сульфидных руд.

В природе закисление негативно воздействует на многие живые организмы, особенно на водную биоту. Влияние закисления на водные организмы не всегда определяется прямым воздействием кислой водной среды, а тем что в кислой среде увеличиваются концентрации и подвижность ионов токсичных металлов. Это приводит к нарушению процессов воспроизводства, снижению биологического разнообразия, исчезновению кислоточувствительных видов, доминированию устойчивых и т.д. В целом устойчивость экосистем снижается.

Буферная способность водоёмов во многом зависит от природы осадочных пород и кристаллического фундамента той или иной водосборной площади. Для многих районов приграничного региона подстилающие геологические породы представлены щелочными минералами и водосборные системы способны достаточно эффективно справляться с существующими кислотными нагрузками. И закисление поверхностных вод в этих районах проявляется в виде кратковременных падений рН (в периоды снеготаянья и обильных дождей), изменении соотношений основных ионов в химическом составе воды, снижении общей буферности поверхностных вод.В тоже время существуют районы, где водосборные территории представлены т.н. кислыми геологическими породами (в основном гранито-гнейсами) и устойчивость их экосистем к кислотным воздействиям очень низка. Это прежде всего прибрежные территории и районы возвышенностей. Районы Вятсяри, Ярфьорд и Сёр-Варангер особенно чувствительны к закислению. Правда даже расположенные близко друг от малые озёра имеют разную буферную способность. Тонкость слоя осадочных пород наряду с влиянием кристаллических пород повышает чувствительность к закислению. Особенно в районе Ярфьорд много участков, где почвенный покров совсем отсутствует.Вблизи источников выбросов наблюдается очень мало районов, страдающих от закисления. Возможные причины – состав кристаллических пород и щелочные пылевые выбросы. Выпадения из атмосферы золы, содержащие щелочи, нейтрализуют воздействие кислотных выпадений.