Выявление степени воздействия Читинской ТЭЦ-1 на оз. Кенон.

Сульфаты. В речных водах и в водах пресных озер содержание сульфатов часто колеблется от ½-10 до 60 мг/л. В подземных водах концентрация сульфатов нередко достигает более высоких величин. Среднее содержание сульфатов в водах в областях многолетней мерзлоты составляет соответственно 75,1 мг/л и 5,9 мг/л.

Сульфаты поступают в организм человека с пищей и водой. Суточное поступление сульфатов с питьевой водой чрезвычайно вариабельно. Токсическое действие сульфатов  на детей проявляется при длительном потреблении воды с содержанием  сульфатов 600-1000 мг/л или 21 мг/кг массы  тела. Доза сульфатов 1,0-2,0 г оказывает на человека слабительное действие, приводя к очищению пищеварительного тракта. Сульфат магния в концентрациях выше 100 мг/л действует на здоровых людей как слабительное, но более низкие концентрации физиологически безвредны. Со временем человек адаптируется к более высоким концентрациям в воде. Высокие содержания сульфатов в воде могут способствовать коррозии металлов в водопроводной системе, особенно при низкой щелочности.

 

Глава 3 Тепловое и органическое  
загрязнение водоемов

 

3.1. Причины эвтрофирования

 

Один из основных факторов, вызывающих ухудшение качества воды в водохранилищах и водоемах-охладителях, является «цветение» воды синезелеными и некоторыми другими  водорослями. Массовое развитие представителей родов Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria вызывает ряд негативных последствий: летние заморы рыб, вторичное загрязнение при разложении фитопланктона, ухудшение рекреационных качеств водоема, заболевание кожи у купальщиков, болезни органов пищеварения у скота после водопоя, исчезновение водоплавающих птиц и др. (Гладышев, 2001).

Согласно ГОСТ 17.1.1.01-77, эвтрофирование (эвтрофикация, эвтрофия) вод есть повышение  биологической продуктивности в  воде биогенных элементов под  действием антропогенных или  естественных (природных) факторов. В  формулировке Ю. Одума уточняется, что  процесс эвтрофикации в первую очередь  связана с состоянием водосбора  и с хозяйственной деятельностью  на его территории.

Между эвтрофированием и загрязнением есть существенная разница, заключающаяся  прежде всего в том, что загрязнение  обусловлено сбросом токсических  веществ, подавляющих биологическую  продуктивность водоемов, а эвтрофирование до известной степени повышает эту  продуктивность (Хрисанов, Осипов, 1993).

На рис. 8. сведены в определенную систему отдельные элементы характеризующие  механизм эвтрофирования. Данная схема  может служить вспомогательным  средством для понимания действия на водные экосистемы различных биогенных  веществ, органики и дополнительного  тепла.

 

Схема эвтрофирования

 

 

 

Рис. 9. Обобщенная схема механизма эвтрофирования водоемов.

 

 

 

Агентство по охране окружающей среды  США в 1972 г. приняло следующие  критерии для характеристики процесса эвтрофирования водоемов (Б. Хендерсон-Селлерс, Маркленд, 1990 г.):

• уменьшение концентрации растворенного кислорода в гиполимнионе;
• увеличение концентрации биогенных веществ;
• увеличение содержания взвешенных частиц, особенно органического вещества;
• последовательная схема популяцией водорослей с преобладанием синезеленых или зеленых водорослей;
• уменьшение проникновения света (или увеличение мутности водной среды);
• увеличение концентрации фосфора в донных отложениях.

Эти и другие характеристики сведены  вместе в табл. 8.

Таблица 8

Характеристики олиготрофного  и эвтрофного состояний водоемов

Характеристика	Состояние водоема
	олиготрофное	эвтрофное
Физико-химические характеристики: Концентрация РК в гиполимнионе   Концентрация биогенных  веществ:                                 в толще воды                                 в донных отложениях Концентрация взвешенных частиц Проникновение света Глубина Биологические характеристики: Продуктивность:  первичная                                вторичная Количество видов растений и животных Фитопланктон:                        биомасса                        разнообразие                        глубина распространения                          суточная миграция                        цветение                        характерные группы	высокая     Низкая Низкая Низкая Хорошая Большая   Низкая Низкая Большая   Небольшая Большое До больших глубин   Интенсивная Редкое Диатомовые, зеленые водоросли	Низкая или равная нулю   Высокая Высокая Высокая Плохое Небольшая   Высокая Высокая Небольшая   Большая Небольшое До лимитированной глубины Ограниченная Частное Зеленые/синезеленые водоросли

 

В эвтрофном озере также увеличивается  автохтонная (внутренняя по отношению  к системе) продукция органического  вещества и растения с корневой системой занимают все большую часть поверхности  озера.

Основным результатом этого  увеличивающегося плодородия водоема  является увеличение в нем биомассы, что на начальной стадии полезно, поскольку озеро становится более  продуктивным. В дальнейшем продуктивность становится настолько большой, что  вызывает ухудшение качества воды.

Человеческая деятельность не является первичной в природном процессе эвтрофирования веществ, но служит причиной антропогенного ускорения этого  процесса. Искусственное эвтрофирование происходит тогда, когда деятельность человека увеличивает поступление  аллохтонных биогенных веществ  в водоем, что вызывает интенсивный  рост биомассы в водной среде.

Степень антропогенного евтрофирования водоемов характеризуется прежде всего  ростом продукции, так как при  внесение биогенов изменяются биологические  процессы в водоемах, приводя к  росту массы живого вещества, заключенного в их экосистемах (Веригин, 1977).

Однако величина биологической  продуктивности определяется не только биомассой экосистемы, но и скоростью  биологического круговорота в ней, который зависит от температурного режима.

Таким образом, антропогенное евтрофирование водоемов, будет состоять из двух процессов, или явлений – обогащение биогенными элементами, или химическое евтрофирование, приводящее к увеличению массы экосистем, и повышение, ускоряющее биологический  круговорот. Под явлением, антропогенного евтрофирования, следует понимать –  повышение биологической продуктивности водоема, возникающее под влиянием хозяйственной деятельности человека на окружающей водоемы территории и  изменения качества воды в процессе хозяйственного водопользования.

Поступление биогенных веществ  происходит из двух основных источников: со сбросом очищенных сточных  вод и со смывом удобрений с  сельскохозяйственных полей, где они  часто применяются в излишних количествах. Эрозия почв, смыв с водосбора, отходы животноводческих ферм, применение удобрений, городские, индустриальные стоки и детергенты – все это  вносит определенный вклад в процесс  искусственного эвтрофирования водоемов (см. Б. Хендерсон-Селлерс, Маркленд, 1990 г.).

Существует широкий набор методов, способных ослабить, остановить или  сделать процесс эвтрофирования водоемов обратимым. Эти методы реализуются  путем:

• уменьшения нагрузки по специфичным биогенным веществам за счет контроля биогенных веществ из воды;
• удаления биогенных веществ из воды;
• производство таких биогенных веществ, с которыми связан меньший синтез биомассы;
• понижение способности биомассы к синтезу.

Эти методы могут быть достигнуты путем контроля следующих параметров:

1. чистого поступления биогенных веществ;
2. времени пребывания (водообмена);
3. температуры;
4. перемешивания вод;
5. химического состава воды, исключая биогенные вещества;
6. солнечной радиации.

Известно, что к основным факторам, лимитирующим рост фитопланктона в  водоемах, относятся элементы минерального питания, называемые биогенными элементами, в первую очередь фосфором. Поэтому  первыми мерами борьбы с «цветением»  было снижение внешней и внутренней фосфорной нагрузки на водоем. Внешняя  нагрузка снижалась в основном за счет ликвидации точечных источников, а именно прекращения сброса или увеличения степени их очистки. Для снижения внутренней фосфорной нагрузки применяли откачку донных отложений или аэрирование гиполимниона. Однако вскоре выяснилось, что все эти меры часто не приводят к желаемому результату, а именно к снижению концентрации фитопланктона и увеличению прозрачности воды (см. Гладышев, 2001).

Так, в оз. Собигард (Дания) снижение внешней нагрузки никак не отразилось на биомассе фитопланктона. В озере  лондонского парка дренирование донных отложений не дало эффекта. В  оз. Финьясьен (Швеция) глубокая очистка  сточных вод и удаление полуметрового  слоя донных отложений не привели  к уменьшению интенсивности «цветения», и купание в озере было запрещено. Те же меры не дали эффекта и в  каскаде английских пойменных озер. В оз. Весиярве (Финляндия) «цветения» продолжалось, несмотря на традиционные восстановительные мероприятия (очистка  и отведение стоков, зимняя искусственная  аэрация), которые снизили внешнюю  фосфорную нагрузку с 2.1 до 0.15 г Р/(м² год), т.е. ниже критического уровня 0.3 г Р/(м² год). Весьма вероятно, что негативный результат объяснялся игнорированием биотической составляющей в потоках биогенов в водной экосистеме. Во всяком случае, стало ясно, что общепринятые в пресноводной экологии представления о «цветения» как о следствии одной лишь высокой биогенной нагрузки на водоем неполные. Меры по улучшению качества воды путем снижения фосфорной нагрузки на основе простых корреляционных моделей признаны явно недостаточными.

 

3.2. «Цветения» водоемов

 

Известно, что эвтрофирование является причиной значительного ухудшения  качества воды и санитарно-биологического состояния водоемов: вследствие избыточного  поступления биогенных элементов  и некоторых других причин их концентрация в воде повышается, происходит резкое усиление первичного продуцирования органического вещества, что в свою очередь сопровождается появлением комплекса нарушений в водных экосистемах. Этот процесс усиливается под действием поступления в водоем теплых вод.

Одним из наиболее негативных последствий  евтрофирования водоемов является массовое развитие отдельных представителей альгофлоры, известное под названием  «цветение» воды. Развитие планктонных  водорослей изменяет окраску воды и  придает ей специфический запах, повышает мутность, изменяет цветность, ухудшает органолептические показатели и качество, создает помехи в работе тепловых электростанций, приводит к  возникновению заморов рыб и  другие последствиям (Сиренко, Гавриленко, 1978).

«Цветение» воды в пресных водоемах могут вызывать различные виды диатомовых, зеленых, синезеленых водорослей. Наиболее широкую известность приобрело  «цветение», вызванное массовым развитием  синезеленых водорослей (Гусева, 1952; Кукк, 1965).

«Цветение» - не «болезнь», присущая водохранилищам и водоемам-охладителям. Подобно  повышенной температуре человеческого  организма, это – признак заболевания, вызванного чрезмерным загрязнением водоемов, и интенсификации жизнедеятельности  бактерии, растений и животных в  водных экосистемах, направленной на очищение воды от вредных веществ (Эдельштейн, 1998).

Фитопланктон представляет собой  фотосинтезирующие первичные продуценты. Преобладающими видами в озера являются диатомовые, зеленые и синезеленые  водоросли ( см. Б. Хендерсон-Селлерс, Маркленд, 1990).

Однако при интенсивном развитие фитопланктона, ухудшаются условия  использования водохранилищ как  охладителей, поверхностные воды покрываются  густым слоем водорослей, образующих плотную пленку, водоросли загрязняют водоприемные устройства и теплообменные  аппараты, ухудшается качество воды и нарушается гидробиологический режим водохранилища (Ларцина, Воронкова, 1974). Зеленая фотосинтезирующая масса поглощает всю свободную углекислоту, а при ее недостатке расщепляется бикарбонаты, что влечет за собой нарушение бикарбонатного равновесия и способствует образованию накипи на стенках трубок конденсаторов.

В связи с антропогенным влиянием, трофическое состояние озер с  каждым годом ухудшается, однако синезеленые  водоросли приобретают тенденцию  к доминированию, что  и приводит к «цветению» воды. Доминирование  объясняется следующими причинами (см. Б. Хендерсон-Селлерс, Маркленд, 1990):

1. синезеленые способны фиксировать растворенный в воде атмосферный азот и таким образом противодействовать условиям лимитирования азотом;
2. они обходятся меньшим содержанием растворенного в воде диоксидами углерода в сравнении с другими водорослями;
3. они интенсивно развиваются при низком соотношении N : P (≈ 5);
4. они выделяют определенные продукты, приостанавливающие рост других водорослей;
5. они являются крупными водорослями и поэтому не потребляются хищниками-фильтраторами, для которых любой мелкий фитопланктон является пищей;
6. так как цветение начинается в толще воды и поднимается к поверхности благодаря расширению газовых вакуолей, они будут замещать и фактически вытеснять менее плавучие водоросли.