Химия окружающей среды

так подавляющее большинство загрязнителей проявляют свою токсичность именно в водной

среде.
Кроме того, гидросфера традиционно является местом избавления от отбросов: потоки воды измельчают мусор и уносят его от места сброса, а гидробионты способны нейтрализовать часть загрязнителей.
Однако, за последние 600 лет в гидросферу начали поступать не характерные для неё вещества, а объем нейтрализуемых загрязнителей превысил способности водоемов к их переработке.

выловить лосося. К середине этого – же века она

превратилась в «сточный желоб под открытым небом».
До конца XVIII века жители Парижа брали питьевую воду из Сены. На 1989 год в эту реку сливалось 1,4 миллиона кубометров сточных вод, при её объеме её суточного стока 4 миллиона кубометров.

бытовой мусор. При этом, с внедрением в человеческий быт искусственных

полимеров (пластмасс и волокон), большая часть бытового мусора становится «вечной», так как эти полимеры не разлагаются гидробионтами.

вод, даже прошедшие очистку, так содержат «чужие» для биосферы вещества:

человек производит 20 кг органического вещества,1кг фосфора и 5кг азота

в год.
С ростом населения и городской инфраструктуры стали появляться централизованные канализационные системы, и в довесок к этому набору добавились стоки с больниц, прачечных, столовых, малых предприятий и т.д.
Соответственно, к легкоразлагаемой органике добавились ПАВы, лекарственные и косметические препараты, смазочные материалы и т.д.

органических веществ в воде используется т.н. БПК5 – биохимическое потребление

кислорода за 5 суток.
Для его определения в пробе воды дважды измеряется концентрация кислорода – сразу после отбора пробы и спустя 5 суток без доступа воздуха при температуре 200С. Через потребленное количество кислорода на разложение легкоокисляемой органики можно рассчитать её содержание.
В среднем, за 5 суток окисляется 70% органического вещества. Полное окисление достигается за 20 дней – этот показатель называется полным биохимическим потреблением кислорода – БПКполн.
В нашей стране БПК5 для источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения не должно превышать 2 мг(О2)/л, а БПКполн не более 3 мг/л.

стоков в водоем становится питательной средой для развития множества микроорганизмов,

в том числе и патогенных. В нормальной почве содержится большое количество микроорганизмов, способных вызывать тяжелые инфекционные заболевания.
Обычно питьевая вода защищена от вторжения этих микроорганизмов тем, что содержание в ней доступной пищи для бактерий (легкоокисляемых органических веществ) невелико и практически все они используются нормальной водной микрофлорой.
Однако со значительным ростом концентрации органики в воде почвенные патогенные микроорганизмы находят достаточно источников пищи для себя и могут стать источником вспышки инфекции.

для человека последствие этого вида загрязнений. При разложении органического вещества

(и химическом, и микробиологическом), потребляется кислород.
В случае тяжелого загрязнения содержание растворенного в воде кислорода падает настолько, что это сопровождается не только заморами рыбы, но и невозможностью нормального функционирования микробиологических сообществ.
Происходит деградация водной экосистемы. В проточных водах и в водоемах картина последствий загрязнения бытовыми стоками выглядят по-разному.

образуются четыре, следующие друг за другом по течению, зоны. В

них совершенно четко выражено увеличение концентрации кислорода от места сброса вниз по течению, и увеличение видового состава биологических сообществ:
Первая зона – зона полной деградации, где происходит смешивание сточных и речных вод.
Далее располагается зона активного разложения, в которой микроорганизмы разрушают большую часть попавших органических веществ.
Затем следуют зоны восстановления качества воды и, наконец, чистой воды.

которая включает в себя список индикаторных организмов:
Зона полной деградации в

этой шкале называется полсапробной. В ней присутствует значительное количество нестойких органических веществ и продуктов их анаэробного распада, много белковых веществ.
Фотосинтез отсутствует, и кислород поступает в воду только из атмосферы, полностью расходуясь на окисление.
Анаэробные бактерии вырабатывают метан, и восстанавливает сульфаты до сероводорода, что способствует образованию черного сернистого железа. Благодаря этому ил черный, с запахом сероводорода.
Очень много сапрофитной микрофлоры, нитчатых бактерий и серных бактерий.

В ней протекает аэробный распад органических веществ.
Аммонийные бактерии метаболизируют

азотные соединения с образованием аммиака. Высокое содержание углекислоты, кислорода все еще мало, но сероводорода и метана уже нет, БПК 5 составляет десятки мг/л. Железо присутствует в обоих формах. Протекают окислительно-восстановительные процессы. Ил серого цвета.
Преобладают организмы, приспособившиеся к недостатку кислорода и высокому содержанию углекислоты. В массе развиваются нитчатые бактерии, грибы, осциллятории, хламидомонады, эвглены. Встречаются сидячие инфузории, коловратки, много жгутиковых. Много тубифицид и личинок хирономид.

они почти полностью минерализовались. Содержание кислорода и углекислоты колеблется в

зависимости от времени суток. Ил желтый, идут окислительные процессы, много детрита.
Много организмов с автотрофным питанием, наблюдается цветение воды. Встречаются диатомеи, зеленые, много протококковых водорослей.
Появляется роголистник. Много корненожек, солнечников, инфузорий, червей, моллюсков, личинок хирономид. Встречаются ракообразные и рыбы.

бывает, содержание кислорода и углекислоты постоянно.
На дне мало детрита,

автотрофных организмов и червей, моллюсков, хирономид. Много личинок поденок, веснянок, можно встретить стерлядь, гольяна, форель.

водообмена картина зависит от размеров водоема и режима сброса сточных

вод:
В больших водоемах (морях, крупных озерах) вокруг постоянно действующего источника образуются, концентрически расположенные, поли-, мезо и олигосапробная зоны. Такая картина может сохраняться неопределенно долгое время, если самоочистительный потенциал водоема позволяет ему справляться с поступающей нагрузкой.
Если водоем небольшой, то он трансформируется, по мере поступления загрязнений из олигосапробного в полисапробное состояние, а со снятием нагрузки может вернуться в олигосапробное состояние.

что коммунальные сточные воды, кроме большого количества органических веществ, несут

и много биогенных элементов. Результатом этого становится антропогенное эвтрофирование водоемов и водотоков.
Эвтрофирование – повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или естественных (природных) факторов (ГОСТ).

(от «трофе», гр. – питание) эвтрофные («хорошо питающиеся», «тучные») и

олиготрофные («недостаточно питающиеся», «тощие») водоемы.
Классификация оказалась очень удачной, естественной и применяется, в несколько модифицированном виде (добавлены гиперэвтрофные, мезотрофные, ультраолиготрофные, дистрофные водные объекты), по настоящее время.

низкой численности планктонных водорослей, обусловленной низким содержанием биогенов.
Содержание кислорода

в воде в течение всего года близко к насыщению. Из-за малости биомассы первичных продуцентов биомассы на высших трофических уровнях также невысоки.
Дно водоемов песчаное или каменистое. Как правило, относительно глубокие и узкие озера.
Фауна и флора представлены видами, характерными для олигосапробных водоемов.

массовым развитием планктонных водорослей. Желто-зеленый цвет типичен для эвтрофных вод.

Высокое содержание биогенов и варьирующее содержание кислорода. Во всех эвтрофных озерах вода в эвфотическом слое перенасыщена кислородом в дневное время суток благодаря фотосинтезу, а в ночное время уровень содержания кислорода падает из-за дыхания.

накоплению органического вещества, поступающего из фотической зоны. Поначалу, это ведет

к росту биомассы укорененных макрофитов. Затем рост фитопланктона затеняет погруженные растения. Плотные заросли полупогруженных макрофитов от этого не страдают и часто присутствуют вдоль берегов эвтрофных озер.
По видовому составу эвтрофные водоемы близки к мезосапробным. Важной чертой эвтрофных озер является значительный урожай на корню, на всех уровнях пищевой цепи, включая рыб. Эвтрофные озера, как правило, очень рыбопродуктивны. Летние и зимние заморы рыбы типичны для эвтрофных вод.

с олиготрофности. Последней стадией является эвтрофия, затем озеро замещается болотом

и, наконец, сушей. Эта концепция получила название старения озер.
Скорость, с которой озеро движется к эвтрофности, определяется колебаниями местных климатических условий, особенно температурой и осадками.
Существуют палеолимнологические свидетельства того, что озеро может становиться эвтрофным и возвращаться к олиготрофии. Этот цикл может повторяться несколько раз.

1(P):7(N):40(C), то есть, на 1 грамм фосфора в биомассе приходится

7 грамм азота и 40 грамм углерода.
Поскольку углерод легко доступен (углекислый газ в атмосфере), то фактором, ограничивающим рост биомассы являются концентрации азота и фосфора – как раз эти элементы в формах легкодоступных для растений фосфатов и нитратов попадают в водоемы со сточными водами.

азотом и фосфором, это первая стадия антропогенного эвтрофирования – накопление

минеральных солей азота и фосфора.
Первая стадия скоротечна, так как биогенные элементы быстро вовлекаются в синтез биомассы и наступает стадия интенсивного развития водорослей. Нарастает биомасса фитопланктона, увеличивается мутность воды, повышается концентрация кислорода в верхних слоях воды.
Затем наступает стадия отмирания водорослей. Интенсивно отлагаются донные илы с повышенным содержанием органики. Отмечаются изменения зооценоза (замещение лососевых рыб карповыми).

и начинается анаэробное брожение. Характерно образование сероводорода, сероорганических соединений и

аммиака. Конечный результат антропогенного эвтрофирования – образование болота.
Опасность антропогенного эвтрофирования заключается в том, что оно является необратимым (полученное болото невозможно превратить обратно в водоем) и скоротечным(водоем проходит через стадии эвтрофирования в десятки раз быстрее, вместо положенных сотен лет озеро превращается в болото за десятилетия).
Опасности эвтрофирования подвергаются даже моря. Так, в настоящее время Северное море получает азота в 4 раза больше фонового уровня, фосфатов в 7 раз больше фонового.

складывается из двух групп методов: восстановительных и профилактических.
Восстановительные методы

направлены на снижение концентрации биогенных элементов в водоемах. Они включают в себя:
отвод стока для снятия нагрузки по биогенам; ƒ
разбавление вод для снижения концентрации биогенных элементов;
углубление дна для увеличения объема водоема;
химическую обработку для связывания и осаждения биогенных элементов или уничтожения водорослей.

биогенных веществ;
удаление биогенных веществ из сточных вод;
использование предварительных

отстойников;
стратегическая перестройка управления водопользованием в бассейне.