Роль кисню в розкладі органічних речовин та формуванні якості води

Кисень водних екосистем відіграє виключно важливу роль у процесах розкладу розчинених органічних речовин, відмерлих рослин і тварин, при яких складні органічні речовини перетворюються на прості (СО₂, вода, азот), знову включаються в кругообіг речовин у гідросфері. У воді можуть утворюватись сполуки кисню з іншими хімічними елементами. Більшість таких сполук (оксидів) прямо або опосередковано взаємодіє з водою, утворюючи гідрооксиди, які належать до різних класів неорганічних сполук. Частина з них має кислу реакцію, інші – лужну, і є певна група нейтральних сполук.

У формуванні якості води найбільшу роль відіграють процеси, пов’язані з розпадом органічних речовин. Як в океанічних (морських), так і в континентальних водах постійно міститься значна кількість розчинених органічних речовин – білків, амінокислот, гумінових кислот, вуглеводів, вітамінів та інших сполук, які потрапляють у воду після розпаду відмерлих організмів, а також надходять у водойми з водозбірної площі. В океанічних водах загальна кількість розчиненої органічної речовини значно перевищує її кількість, зосереджену в живих організмах. Вважається, що на розчинену органічну речовину в Світовому океані припадає близько 90–98 %, і лише 2–10 % – на органічну речовину живих організмів та детрит. Згідно з розрахунками, загальна кількість розчиненої органічної речовини становить 2×10¹² т С, а середня концентрація вуглецю у воді – 5–6 мг/дм³.

У континентальних водоймах вміст розчиненої органічної речовини також перевищує її кількість у живих організмах. Так, в дніпровських водосховищах після стабілізації їх гідрохімічного режиму концентрація органічної речовини становила: в Київському – 5,2–18,2, в Кременчуцькому – 7,5–19,6, а в Каховському – 7,5–19,2 мг С/дм³. Ці цифри дають лише загальне уявлення про вміст органічної речовини у водосховищах. В залежності від сезону року, інтенсивності розвитку фітопланктону та його відмирання, скидання стічних вод комунально-побутових та промислових підприємств, сільського господарства, вони можуть істотно змінюватись.

У водоймах постійно протікають процеси біохімічного (біологічного) розпаду розчинених у воді органічних речовин, в яких використовується значна кількість кисню. На цьому базуються методи визначення концентрації органічної речовини у воді. В їх основу покладено визначення кількості кисню, що витрачається на окиснення органічної речовини перманганатом калію (перманганатна окиснюваність), або дихроматом калію (дихроматна окиснюваність). Перманганатна окиснюваність відображає, в основному, кількісні показники легко окиснюваних органічних речовин а також, частково, гумусних сполук. Дихроматом окиснюються як легко-, так і важкоокиснювані органічні речовини. Співставлення цих методів дає уявлення про якісний склад органічних речовин у природних водах.

Як свідчать багаторічні спостереження за формуванням якості води дніпровських водосховищ, величина дихроматної окиснюваності в них коливається в діапазоні 14,2–67,1, а перманганатної – в межах 5,0–24,6 мг О₂/дм³. У гірських водотоках концентрація органічних речовин дещо менша. Так, у верхній течії Дністра концентрація хімічно стійких органічних речовин не перевищує 6,4–15,4 мг О₂/дм³ (дихроматна окиснюваність). У середній течії його граничні коливання більші (7,7–21,6 мг О₂/дм³).

Розклад органічних речовин у водних екосистемах постійно відбувається за участю бактерій. Цей процес визначає біологічне (біохімічне) споживання кисню (БСК). Розклад білків у воді і донних відкладах розглядається як процес, пов’язаний з діяльністю бактерій та їх протеолітичних ферментів. При гідролізі білків утворюються більш прості молекули пептидів та амінокислот, які надалі зазнають бактеріального (бактерії амоніфікатори) розпаду шляхом дезамінування або декарбоксилювання. Аміак, що при цьому утворюється, окиснюється бактеріями Nitrosomonas до нітритів, а далі бактеріями Nitrobacter до нітратів (цикл Виноградського). На цьому завершується процес біологічного окиснення органічних речовин.

Визначаючи кількість кисню, спожитого бактеріями на окиснення органічної речовини в одиниці об’єму води протягом певного часу, звичайно за 5 діб, при температурі 20°, можна встановити швидкість розкладу (деструкції) органічних речовин у воді – біохімічне споживання кисню, або БСК₅. Вміст органічної речовини у воді оцінюється за показником БСК_повн., яке звичайно завершується за 20 діб. Бактеріальна деструкція органічної речовини залежить від концентрації розчиненого кисню. Її перебіг нормальний при його концентрації 8 мг О₂ /дм³ і більше. При концентрації 6 мг О₂ /дм³ його швидкість знижується на 10 %, при 4 – на 25 %, а при 2 мг О₂ /дм³ становить всього 40 % від такої при 8 мг О₂ /дм³. Перманганатна і дихроматна окиснюваність та БСК є важливими показниками якості води та екологічного стану водних об'єктів.

Дата добавления: 2014-01-03