Захист міських територій від НГП. 3 страница

Реагентная обробка застосовується для очищення вод від ціанідів, роданідів, йонів важких металів і ряду інших домішок. Вид застосовуваного реагенту визначається складом домішок, що підлягають видаленню з води. Так, розкладання ціанідів досягається обробкою води рідким хлором або речовинами, що виділяють активний хлор — хлорним вапном, гіпохлоритом кальцію або натрію.

Окисненням вдається домогтися деструкції таких сполук, як альдегіди, феноли, анілінові барвники, серковмісні органічні речовини тощо. Як окислювачі застосовують кисень, озон, пероксоводень, піролюзит. У процесі окиснення відбувається розкладання шкідливих домішок до простих оксидів або утворення сполук, що піддаються біохімічному розкладанню.

Вилучення з води йонів ртуті, хрому, кадмію, свинцю, нікелю, міді, миш'яку засновано на переведенні їх з розчину в нерозчинний осад. З цієї метою воду, що очищається, обробляють сполукими натрію або кальцію — сульфітом, бісульфітом або сульфідом, карбонатами або гідроокисом. Шлам, що утвориться, видаляють або утилізують.

Одним з високоефективних методів очищення є іонний обмін. який є процесом взаємодії рідини, що очищається, із зернистим матеріалом, який володіє здатністю заміняти іони, що знаходяться на поверхні зерен, на іони протилежного заряду, що містяться в розчині. Такі матеріали називаються іонітами. Іонітними властивостями володіють природні мінерали — цеоліти, апатити, польові шпати, слюда, різні глини. Синтезовано велике число високоефективних іонітів, що володіють селективними властивостями. До них відносяться силікагелі, алюмогели, пермутити, сульфоугли і ионообменные смоли — синтетичні високомолекулярні органічні сполуки, углеводородные радикали яких утворять просторову сітку з фіксованими на ній ионообменными функціональними групами. Іоніти не розчиняються у воді, володіють достатньою механічною міцністю, забезпечують можливість їхньої регенерації з одержанням цінних речовин, що вилучаються з вод, що очищаються.

Іншим універсальним і високоефективним методом очищення вод є сорбція. Сорбція застосовується переважно для очищення стічних вод, що містять высокотоксичные речовини, що непіддаються біохімічному окислюванню. Метод сорбционной очищення заснований на адгезії (прилипании) розчинених речовин поверхнею і порами сорбенту — речовини, що володіє розгалуженої зовнішньої і внутрішньої (пори) поверхнею. Найкращим сорбентом є активоване вугілля. Сорбционными властивостями володіють золи, шлаки, коксова крихта, торф, керамзит і ін.

Флотационе очищення застосовується для видалення з води поверхнево-активних речовин (ПАР), нафтопродуктів, жирів, смол і ін. Процес флотації полягає в сорбуванні домішок, що містяться у воді, поверхнею пухирців повітря, що нагнітається в рідину, що очищається. Для підвищення ефективності очищення повітря подається через пористі (фильтросные) пластини. При вакуумній флотації у флотаторі створюється розрядження, що сприяє утворенню пухирців повітря. Для безнапірної флотації використовуються эрлнфтные установки, що дозволяють істотно (у 2—4 рази) знизити витрати електроенергії на флотационную очищення. Підвищенню ефективності очищення вод при флотації сприяє наявність синтетичних поверхнево-активних речовин (СПАР). Утворена ними густа стійка піна підвищує ступінь вилучення з води эмульгированных і диспергированных домішок. При флотації одночасно досягається дегазація очищаються віл і насичення їхнім киснем.

Електрохімічні методи очищення засновані на пропущенні постійного електричного струму через рідину, що очищається. Кисень, виділюваний на аноді, окисляє органічні домішки. Як аноди використовують електролітичні матеріали, що нерозкладаються: графить, магнетит, диоксиды свинцю, марганцю або рутенію, наносимые на титанову основу. На катодах відбувається виділення водню й осідання йонів металів з утворенням нерозчинних гідроксидів. Катоди виготовляють зі сталі або алюмінію. У процесі електролізу катіони катодів, взаємодіючи з гидроксидными групами, утворять гідроокису у вигляді хлопьев. Цей процес називається электрокоагуляцией.

Однієї з різновидів електрохімічного очищення є електродіаліз, що заснований на поділі іонізованих речовин, що знаходяться в розчині, по відсіках, відгородженим проникними мембранами. Високий ефект досягається при використанні мембран з іонітів. Електродіаліз є ефективним методом опріснення вод, зокрема морської води для наступного використання її в питному водопостачанні. Електрохімічні методи відрізняються універсальністю, забезпечують високу ефективність очищення, добре піддаються автоматизації. Однак їхнім недоліком, як уже відзначалося, є велика витрата електроенергії.

Інші фізико-хімічні методи очищення вод мають обмежене застосування.

Екстракція — вилучення зі стічних вод розчинених або эмульгированных речовин за допомогою экстрагента - розчинника більш сильного, чим вода. Наприклад, очищення стічних вод від нафтопродуктів шляхом розчинення їхнім бензином з наступним його відгоном.

Евапорація — відгін з води летучих речовин водяною парою.

Гіперфільтрація (зворотний осмос), мікрофільтрація - виділення з води гідратованих йонів, молекул і інших дрібних часток шляхом пропускання її під великим тиском через мембрани, розміри отворів яких менше розмірів часток, що вилучаються з води. Наприклад, зворотний осмос використовується для знесолення води.

При наявності на виробництві надлишків тепла, наприклад, гарячих димових газів, можна організувати випаровування стічних вод. При цьому варто застосовувати заходи для охорони атмосферного повітря від шкідливих речовин, що випаровуються, таких як бенз(а)пирен і ін.

Випаровування стічних вод може відбуватися й у природних умовах у накопичувачах-випарниках, що представляють собою земляні споруди іноді гігантських розмірів — висотою в кілька десятків метрів, діаметром у кілька кілометрів.

Виробничі стічні води, як правило, проходять очищення на самому підприємстві і надалі можуть бути використані цим же підприємством, передані для використання іншому підприємству, скинуті у водний об'єкт або по системі водовідведення спрямовані на загальміські очисні споруди. Необхідний ступінь очищення міських стічних вод визначається умовами скидання стічних вод у водні об'єкти. Однак очисні можливості загальміських очисних споруд, основною ланкою яких є комплекс біологічного очищення, досить обмежені. На спорудих біологічного очищення зі стічних вод практично не вилучаються іони важких металів, не піддаються деструкції штучно синтезовані органічні речовини. Тому в складі виробничих стічних вод, подаваних на загальміські очисні споруди, зміст речовин, що непіддаються або погано піддаються біохімічному окислюванню, повинне бути обмежено або вони повинні отсутствовать зовсім.

Активний мул, що представляє собою певним чином співтовариство мікроорганізмів, що сформувалося, і який є головним інструментом біологічного очищення, може бути знищений або значною мірою ушкоджений під впливом кислот, лугів, токсичних речовин або високої температури. Тому подавані на біологічне очищення виробничі стічні води не повинні діяти на активний мул.

Крім того, стічні води, що подаються в систему водовідведення, не повинні викликати руйнування і засмічення каналізаційних колекторів.

Виходячи з цього, забороняється скидати в міські системи водовідведення виробничі стічні води що

• мають рН менш 4,0 і більш 9,0;

• при показниках ХСК, більш ніж у 2,5 рази перевищуючих БПК₅ або більш ніж у 1,5 рази перевищуючих БСК₂₀, що свідчить про значні концентрації в стічних водах органічних сполук, що непіддаються біохімічному окислюванню;

• утримуючі токсичні і радіоактивні речовини, збудників інфекційних захворювань, а також речовини, для яких не встановлені ПДК;

• с змістом завислих і спливаючих речовин понад 500 мг/л;

• с температурою вище 40° С.

У міські системи водовідведення забороняється скидати:

• концентровані маточні і кубові розчини;

• опади після локальних очисних споруд, ґрунт, будівельне і побутове сміття, виробничі відходи;

• кислоти, лугу, розчинники, смоли, бензин, мазут і інші нафтопродукти;

• розчини, що містять сірководень, сірковуглець, легколетучие вуглеводні;

• речовини, здатні засмічувати труби, колодязі, ґрати або відкладатися на стінках труб;

• пальні домішки і растворенныс газоподібні речовини, здатні утворювати вибухонебезпечні суміші, агресивні гази з корозійним впливом, що руйнує, на каналізаційні мережі і споруди.

Скидання стічних вод промислових підприємств у міську систему водовідведення повинний вироблятися рівномірно протягом доби. Залпові скидання не допускаються.

Скидання стічних вод у водні об'єкти після очищення на загальміських очисних спорудих регламентується нормативами гранично припустимих скидань забруднюючих речовин (ГДС). З огляду на обмежені очисні можливості загальміських очисних споруд, керування по експлуатації цих споруд установлює для своїх абонентів-підприємств, що скидають стічні води в міську систему каналізації, ліміти прийому по кількості і складові промстоков. Ліміти встановлюються таким чином, щоб забезпечити нормативні умови скидання очищених на загальміських спорудих стічних вод у водний об'єкт. Для дотримання встановлених кожному підприємству лімітів проводиться локальне очищення виробничих стічних вод, як правило, на самому підприємстві. Іноді кілька підприємств організують спільне очищення своїх стічних вод.

Скидання стічних вод у водні об'єкти відноситься до одному з видів спеціального водокористування і здійснюється на основі дозволу, видаваного місцевими органами екологічної безпеки. Відведення стічних вод у водні об'єкти регламентується нормами гранично допустимих скидань речовин (ГДС). ГДС — це максимально припустима маса речовини, що відводиться зі стічними водами в одиницю часу, що дозволяє забезпечити дотримання норм якості води в контрольному створі водного об'єкта для найгірших умов водокористування. ГДС установлюється для кожного випуску стічних вод у водний об'єкт. відповідно до «Правил охорони поверхневих вод від забруднення поворотними водами» (1999). Випуск стічних вод у межах риси населеного пункту допускається у виняткових випадках, у цьому випадку екологічні норми якості води повинні дотримуватися в самих стічних водах.

Лекційне заняття № 8

Водне середовище міста: формування якості, методи захисту та прогнозування стану поверхневих вод

1. Склад поверхневого стоку з міської та промислової територій.

2. Гідравлічні процеси формування якості поверхневих вод.

3. Самоочищення водних об'єктів.

4. Методи захисту та відновлення поверхневих водних об'єктів.

5. Прогнозування стану поверхневих вод.

Поверхневий стік з територій міст і промислових площадок є істотним джерелом забруднення і засмічення водних об'єктів. Встановлено, що в урбанізованих зонах з розвиненим агропромисловим сектором з поверхневим стоком у водні об'єкти надходить більш 80% забруднюючих речовин. Контроль за відведенням забрудненого поверхневого стоку регламентується Державним стандартом України ДСТУ 3013-95 "Правила контролю за відведенням дощових і снігових стічних вод з територій міст і промислових підприємств".

Поверхневий стік містить у собі дощові, снігові, поливні і миєчні стічні води. Він буває організованим і неорганізованим. Організований поверхневий стік збирається з водозбірної території за допомогою спеціальних лотків і каналів і надходить у мережі каналізації або прямо у водний об'єкт через випуски зливових вод. Неорганізований поверхневий стік стікає у водний об'єкт по рельєфу місцевості.

Основними джерелами забруднення поверхневого стоку на міських територіях є:

• сміття з поверхні покрить;

• продукти руйнування дорожніх покрить;

• продукти ерозії ґрунтових поверхонь;

• викиди речовин в атмосферу промисловими підприємствами, автотранспортом, опалювальними системами;

• протоки нафтопродуктів на поверхні покрить;

• утрати сипучих і рідких продуктів, сировини, напівфабрикатів;

• площадки для збору побутового сміття.

Найбільш високий рівень забруднення поверхневого стоку спостерігається на територіях великих торгових центрів, автомагістралях з інтенсивним рухом транспорту, територіях промислових і автотранспортних підприємств, неупорядкованих будівельних майданчиках.

Формування поверхневого стоку відбувається під впливом комплексу природних (атмосферні опади, випаровування, фільтрація, затримування вологи рослинами) і антропогенних (використання водозбірної території, застосування штучних покрить, технологія мийки штучних покрить) факторів. Специфічні особливості поверхневого стоку, пов'язані з епізодичністю його надходження, різкими змінами витрати і рівня забруднення, мінливістю складу забруднюючих речовин, значно утрудняють контроль і регламентацію надходження їх в міські системи водовідведення або у водні об'єкти.

Контроль складу поверхневого стоку здійснюють шляхом аналізу проб, що відбирають з дощової або промислово-дощової мережі. Добір проб роблять порціонно. Для одержання детальної інформації про склад поверхневого стоку проводиться аналіз кожної відібраної проби. Для дощових вод інтервал між добором проб на початку дощу дорівнює 5-10 хв., а в наступний період 20-30 хв. Орієнтовані дані про склад дощових вод одержують шляхом аналізу усередненої за період дощу проби. При цьому проби відбирають через рівні проміжки часу, а об'єми проб, що послідовно відбираються, повинні бути пропорційні витраті дощових вод. Для снігових вод проби відбирають у дні сніготанення між 12 і 14 годинами з інтервалом у 30 хв. Результати контролю використовують для оцінки виносу забруднюючих речовин з поверхневим стоком.

Оцінку виносу речовин з поверхневим стоком роблять на основі орієнтованих даних про склад і кількість поверхневого стоку. Для організованого поверхневого стоку використовують дані вимірів витрати стічних вод і результати аналізу проб. Для неорганізованого поверхневого стоку, а також при неможливості організувати необхідні виміри витрати поверхневого стоку визначають розрахунковим шляхом, а концентрації речовин у поверхневому стоці приймають на підставі узагальненої кількісної характеристики кожної складового поверхневого стоку.

Склад поверхневого стоку з території промислових підприємств визначається характером основних технологічних процесів, ефективністю роботи систем газоуловлення, організацією складування і транспортування сировини і відходів виробництва, санітарним станом території. Для забезпечення нормального виробничого процесу на території промислових підприємств повинно організовуватися своєчасне збирання і вивіз снігу. Основним видом поверхневого стоку в цьому випадку є дощові стічні води. У залежності від складу речовин, які накопичуються на території промплощадок і змиваються поверхневим стоком, промислові підприємства поділяють на дві групи. До першої групи відносять підприємства, поверхневий стік з території яких не містить специфічних речовин з токсичними властивостями і близький за своїм складом до дощового стоку з районів житлової забудови. До цієї групи відносять підприємства енергетичної галузі, чорної металургії (крім коксохімічних виробництв), машинобудування, металообробні і нафтопереробні заводи, приладобудівні заводи, підприємства легкої, харчової, електротехнічної галузей промисловості. Інші підприємства відносяться до другої групи і характеризуються наявністю в поверхневому стоці зі своєї території великої кількості органічних домішок і специфічних речовин.

У поверхневому стоці з території підприємств другої групи містяться також специфічні токсичні речовини, такі як важкі метали, феноли, фтор, миш'як, роданідиы, аміак і інші. Наявність специфічних речовин визначається технологією виробництва.

Для того щоб визначити кількість речовин, що надходять у водний об'єкт поверхневим стоком, необхідно знати його склад і витрати. Кількість дощових і снігових вод залежить від кількості атмосферних опадів, що випали, і характеристик водозбірної території. Об'єм поливномиєчних вод визначається прийнятою технологією мийки і площею оброблюваних покрить. Не всі атмосферні опади, що випали, і води, що утворяться після мийки площ, вулиць і автодоріг, попадають у водний об'єкт. Частина атмосферних опадів перехоплюється верхніми ярусами рослинного покриву і не досягає поверхні землі. Опади, що потрапили на водозбірну площу, і поливномиєчні води стікають по схилам місцевості у водний об'єкт, по шляху, затримуючися в нерівностях рельєфу, випаровуються, просочуються в ґрунт і ґрунтові води.

Якість води є наслідком двох основних процесів — надходження речовин із зовнішніх стосовно даного водного об'єкта джерел і внутріводоймових змін, що відбуваються з речовинами унаслідок функціонування водних екосистем. Оскільки екосистема — це єдиний природний комплекс, утворений живими організмами і середовищем їх існування, його компоненти зв'язані обміном речовини й енергії. Таким чином, у водної екосистемі одночасно функціонують біотичне співтовариство і нежива природа, причому нежива природа є джерелом речовин і енергії, необхідних для існування біоти. Потрапляючи у водний об'єкт, речовини стають елементами водних екосистем і включаються в основні процеси, що відбуваються в них. Насамперед, це процеси трансформації речовини. Трансформація речовини може здійснюватися фізичним, хімічним і біологічним шляхом. Речовини що надходять у водні об'єкти, вносять зміни, у їхній газовий і сольовий режими, що може привести до порушення рівноваги екосистем. У результаті процесів трансформації речовин, що надійшли, у водному об'єкті може відбуватися відновлення його первісного стану або здійснюватися перехід в інший стійкий стан. Процеси, у результаті яких відновлюється фоновий стан водного об'єкта, називаються процесами самоочищення. Самоочищення — це перший із процесів, що формують якість води у водному об'єкті. Основним постачальником речовини й енергії є водна маса. Другим процесом, що впливає на формування якості води, є перенос речовини й енергії водним потоком. У силу притаманних водному потокові фізичних особливостей у ньому відбувається безперервний перерозподіл речовини й енергії, обумовлений процесами перемішування. Процес формування якості води у водному об'єкті можна представити в такий спосіб:

1) розчинені і зважені речовини надходять у водний об'єкт із зосереджених або дифузійних джерел;

2) під впливом гідравлічних факторів (перенос і перемішування) відбувається кількісний перерозподіл речовин у водному потоці;

3) під впливом фізичних, хімічних і біологічних факторів відбувається якісна трансформація речовин.

Зазначимо, що здатність піддаватися якісній зміні властива не всім речовинам. Речовини, що не піддаються процесам хіміко-біологічної трансформації, одержали найменування консервативних, а протилежні їм за властивостями речовини називають неконсервативними. Кількісною характеристикою здатності речовин піддаватися хіміко-біологічної трансформації є коефіцієнт неконсервативності (к), що, за визначенням, є величиною, пропорційної швидкості зміни концентрації речовини. У залежності від його величини всі неконсервативні речовини поділяються на речовини, що окиснюються легко біологічно м'які, (k >0,13 1/доба), речовини, що окиснюються важко біологічно тверді, (k < 0,025 1/доба) і проміжні речовини (0,025 < k < 0,13 1/доба). Величина коефіцієнта неконсервативності залежить від властивостей речовини, гідродинамічних характеристик потоку й умов зовнішнього середовища.

Вода є тим фізичним середовищем, у якій водна екосистема здійснює круговорот речовини й енергії. Крім того, для консервативних речовин гідравлічні процеси є єдиними з внутрішньо водоймними і впливають на їхню концентрацію.

При розрахунку переносу речовин і тепла потоками природних вод звичайно виходять із уявлення про пасивність домішок, тобто припускають, що наявність домішки не впливає на рух води й інтенсивність перемішування. Характер переносу речовини потоком залежить від виду руху рідини, що у свою чергу визначається типом водного об'єкта і його гідравлічних характеристик. У водотоках істотну роль у формуванні якості води грає конвективний перенос. Для водойм цей процес характерний тільки при наявності яскраво виражених стокових потоків (водоймища, проточні озера). У цьому випадку хід внутріводоймових процесів багато в чому визначається ступенем проточності водойми. Кількісною характеристикою ступеня проточності є час водообміну, тобто період, за який відбувається повна заміна води водойми водами припливів. Найчастіше в інженерній практиці використовується поняття умовного часу водообміну, який визначає період водообміну при відсутності змішання вод припливів з водою водойми. У реальних умовах у проточних водоймах відбувається не тільки витіснення води, але і часткове (або повне) перемішування вод припливів з водою водойм, тому реальний час водообміну більший, ніж умовний.

Реальні водотоки є безнапірними турбулентними потоками, рух води в які в сталих умовах має нерівномірний характер. Це пояснюється непризматичним характером русел реальних водотоків. Однак розрахункові залежності для нерівномірних потоків досить складні і незручні в практичному використанні. Тому в інженерно-екологічних розрахунках приймають, що на окремих ділянках водотоків рух води має рівномірний характер. При цьому ділянку природного неправильного русла заміняють яким-небудь призматичним, а ухил дна приймають рівним ухилові вільної поверхні або усередненому ухилові дна реального русла. У цьому випадку для переносу речовини потоком можуть бути використані досить прості методи на основі рівняння нерозривності і формули Шезі.

Більш складною задачею є облік ефекту турбулентності. Відмітною рисою турбулентного режиму потоків є пульсація швидкостей, тобто безперервна їхня зміна в кожній точці потоку за величиною і напрямком. Основними джерелами виникнення турбулентності є зони розриву швидкостей, тобто такі області, де спостерігається різкий стрибок швидкостей між прилягаючими шарами рідини. Пульсаційний рух обумовлює обмін між сусідніми шарами рідини. Цей процес одержав назву турбулентного перемішування. Турбулентне перемішування завжди спрямоване на вирівнювання концентрацій або температур. Оскільки цей процес за своїм результатом аналогічний процесові молекулярної дифузії, то турбулентне перемішування називають також турбулентною дифузією. Від молекулярної дифузії цей процес відрізняється природою (джерело молекулярної дифузії — тепловий рух молекул, а турбулентної — пульсації швидкостей) і масштабом (масштаб молекулярної дифузії порядку 10^-8 м, а турбулентної — порядку сантиметрів).

Турбулентна дифузія приводить до перемішування забруднених струменів рідини із суміжними, більш чистими. Результатом цього процесу є розведення стічних вод основним потоком. Розведення діє однаково як на консервативні, так і на неконсервативні речовини. Інтенсивність і характер перемішування стічних вод з водою водних об'єктів залежить від гідравлічних характеристик водного об'єкта, кількості і способу надходження стічних вод. Спосіб надходження стічних вод визначається типом випуску.

Найменш ефективними з погляду розведення є берегові випуски. Більш ефективні руслові випуски. Вони являють собою трубопроводи, виведені безпосередньо в русло в місцях найбільш інтенсивного потоку. Трубопровід закінчується одним або декількома оголовками. Найбільш ефективним типом руслового випуску є розсіюючий випуск. Він являє собою трубу-розподільник, що має кілька оголовків, розташованих уздовж труби.

Між компонентами водної екосистеми в процесі її функціонування безупинно відбувається обмін речовиною й енергією. Цей обмін носить циклічний характер різного ступеня замкнутості, супроводжуючи трансформацією речовини під впливом фізичних, хімічних і біологічних факторів. У ході трансформації може відбуватися поступове розкладання складних речовин до простих, а прості речовини можуть синтезуватися в складні. У залежності від інтенсивності зовнішнього впливу на водну екосистему і характеру протікання процесів відбувається або відновлення водної екосистеми до фонових станів (самоочищення), або водна екосистема переходить до іншого стійкому стану, що буде характеризуватися вже іншими кількісними і якісними показниками біотичних і абіотичних компонент. У випадку, якщо зовнішній вплив перевищить саморегулюючі можливості водної екосистеми, може відбутися її руйнування. Самоочищення водних екосистем є наслідком здатності до саморегулювання. Надходження речовин із зовнішніх джерел є вплив, якому водна екосистема здатна протистояти у визначених межах за допомогою внутрісистемних механізмів. В екологічному змісті самоочищення є наслідком процесів включення речовин, що надійшли у водний об'єкт, у біохімічні круговороти за участю біоти і факторів неживої природи. Круговорот будь-якого елемента складається з двох основних фондів — резервною, утвореною великою масою повільно змінюються компонентів, і обмінного (циркуляційного), що характеризується швидким обміном між організмами і середовищем їх існування. Усі біохімічні круговороти можна розділити на два основних типи — з резервним фондом в атмосфері (наприклад, азот) і з резервним фондом у земній корі (наприклад, фосфор).

Самоочищення природних вод здійснюється завдяки залученню речовин, що надходять із зовнішніх джерел, у безупинно відбуваються процеси трансформації, у результаті яких речовини, що надійшли, повертаються у свій резервний фонд.

Трансформація речовин є результат різних одночасно діючих процесів, серед яких можна виділити фізичні, хімічні і біологічні механізми. Величина внеску кожного з механізмів залежить від властивостей домішки й особливостей конкретної екосистеми.

Фізичні механізми самоочищення. Газообмін на границі розділу "атмосфера-вода". Завдяки цьому процесові здійснюється надходження у водний об'єкт речовин, що мають резервний фонд в атмосфері, і повернення цих речовин з водного об'єкта в резервний фонд. Одним з важливих окремих випадків газообміну є процес атмосферної реаерації, завдяки якому відбувається надходження у водний об'єкт значної частини кисню. Інтенсивність і напрямок газообміну визначаються відхиленням концентрації газу у воді від концентрації насичення C_s. Величина концентрації насичення залежить від природи речовини і фізичних умов у водному об'єкті — температури і тиску. При концентраціях, більших C_s., газ повертається в атмосферу, а при концентраціях, менших C_s., газ поглинається водною масою.

Сорбція — поглинання домішок зваженими речовинами, донними відкладеннями і поверхнями тіл гідробіонтів. Найбільше енергійно сорбуються колоїдні частки й органічні речовини, що знаходяться в недисоційованому молекулярному стані. В основі процесу лежить явище адсорбції. Швидкість нагромадження речовини в одиниці маси сорбенту пропорційна його ненасиченості по даній речовині і концентрації речовини у воді і назад пропорційна змістові речовини в сорбенті. Прикладами нормованих речовин, підданих сорбції, є важкі метали і СПАР.

Осадження і взмулювання. Водні об'єкти завжди містять деяку кількість зважених речовин неорганічного й органічного походження. Осадження характеризується здатністю зважених часток випадати на дно під дією сили ваги. Процес переходу часток з донних відкладень у зважений стан називається взмулюванням. Він відбувається під дією вертикальної складової швидкості турбулентного потоку.

Хімічні механізми самоочищення. Фотоліз — перетворення молекул речовини під дією світла, що поглинається ними. Окремими випадками фотолізу є фотохімічна дисоціація — розпад часток на більш прості і фотоіонізація — перетворення молекул в іони. З загальної кількості сонячної радіації порядку 1% використовується у фотосинтезі, від 5% до 30% відбивається водною поверхнею. Основна ж частина сонячної енергії перетворюється в тепло і бере участь у фотохімічних реакціях. Найбільш діюєвою частиною сонячного світла є ультрафіолетове випромінювання. Ультрафіолетове випромінювання поглинається в шарі воді товщиною порядку 10 см, однак завдяки турбулентному перемішуванню може проникати й у більш глибокі шари водних об'єктів. Кількість речовини, що піддалася дії фотолізу, залежить від виду речовини і його концентрації у воді. З речовин, що надходять у водні об'єкти, відносно швидкому фотохімічному розкладанню піддаються гумусні речовини.

Гідроліз — реакція іонного обміну між різними речовинами і водою. Гідроліз є одним з ведучих факторів хімічного перетворення речовин у водних об'єктах. Кількісною характеристикою цього процесу є ступінь гідролізу, під яким розуміють відношення гідролізованої частини молекул до загальної концентрації солі. Для більшості солей вона складає кілька відсотків і підвищується зі збільшенням розведення і температури води. Гідролізові піддаються й органічні речовини. При цьому гідролітичне розщеплення найчастіше відбувається по зв'язку атома вуглецю з іншими атомами.

Біохімічне самоочищення є наслідком трансформації речовин, яку здійснюють гідробіонти. Як правило, біохімічні механізми вносять основний вклад у процес самоочищення і тільки при пригнобленні водних організмів (наприклад, під дією токсикантів) більш істотну роль починають грати фізико-хімічні процеси. Біохімічна трансформація речовин відбувається в результаті їхнього включення в трофічні ланцюги і здійснюється в ході процесів продукції і деструкції.

Особливо важливу роль грає первинна продукція, тому що вона визначає більшість внутріводоймових процесів. Основним механізмом новотвору органічної речовини є фотосинтез. У більшості водних екосистем ключовим первинним продуцентом є фітопланктон. У процесі фотосинтезу енергія Сонця безпосередньо трансформується в біомасу. Побічним продуктом цієї реакції є вільний кисень, утворений за рахунок фотолізу води. Поряд з фотосинтезом у рослинах йдуть процеси дихання з витратою кисню.

Дата добавления: 2015-05-24