ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ

УДК 621.311.22-715

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ЭВТРОФИКАЦИИ МОРСКИХ АКВАТОРИЙ

О.В. Зорина

Украинский научный гигиенический центр, г. Киев

Низкая степень благоустройства в большинстве пунктов водопользования, существующие организованные сбросы неочищенных стоков в прибрежную полосу моря являются основными причинами загрязнения морских акваторий.

Экосистема моря находится в термодинамическом равновесии как между составляющими ее элементами, так и с окружающей средой. Антропогенное вмешательство, приводящее к техногенному загрязнению морских экосистем отходами хозяйственной деятельности, нарушает это равновесие. Процессы восстановления функциональных свойств экосистем, нарушенных вследствие техногенного воздействия, получили название автореабилитационных (self-restoration). Соответственно, самоочищение моря от загрязняющих веществ состоит в выведении последних за пределы акватории путем естественного разбавления, седиментации и биохимического окисления [1].

В последнее 10-летие отмечается возрастающий объем сброса в прибрежную часть моря хозяйственно-бытовых сточных вод, содержащих автохтонные органические вещества, биогенные вещества и целый комплекс мутагенов, таких как нитриты и нитраты, которые являются предшественниками нитрозаминов, известных как высокоактивные канцерогены и мутагены. Сточные воды могут содержать ксенобиотики, например, хлороорганические соединения, многие из которых также генетически активны. В прибрежную зону моря со сточными водами попадает обширная группа патогенных микроорганизмов. В морской воде наиболее часто обнаруживаются сальмонеллы, энтеровирусы, холерные и парагемолитические вибрионы и др.

Эвтрофирование морских водоемов может привести к увеличению риска заболеваемости населения и ограничению рекреационного использования вод морского побережья. Процесс эвтрофикации наблюдается в морях замкнутого и полузамкнутого типов, развиваясь в эстуариях и прибрежных районах, где создаются наибольшие концентрации биогенных веществ. Например, Средиземное море загрязнено в 7 раз больше, чем Мировой океан [2].

В прибрежных зонах, подверженных эвтрофикации, наблюдается гнилостный распад белков под влиянием микроорганизмов, что приводит к образованию различных биологически активных аминов, среди которых присутствуют сильные одоранты воды и предшественники канцерогенных N-нитрозосоединений. Беспрецедентное обогащение водных масс моря автохтонным органическим веществом, экстремально высокий температурный фон нижних слоев тропосферы, установленная 20-летняя цикличность понижения ветровой активности (над акваторией Азовского моря) стали причинами затрудненности аэрации вод и больших количеств потребления кислорода для окисления органических веществ, возникновения реальной угрозы снижения фотосинтетической активности морских микроскопических водорослей — продуцентов кислорода [4], а, следовательно, обедненности морских вод кислородом. Отсюда и заморы рыбы даже при отсутствии загрязнения промышленными стоками [3].

Присутствие в воде нестойких органических веществ (НОВ), их распад ведет к повышению концентрации двуокиси углерода, что, в свою очередь, снижает рН, растворение солей кальция и изменяет содержание гидрокарбонатного и карбонатного ионов. Динамика процесса зависит от температуры, концентрации НОВ, степени освещенности и аэрации.

При низкой температуре и малой концентрации НОВ коэффициент корреляции (КК) между выделением СО2 и потреблением О2 составляет 0,9. Загрязнение воды хозяйственно-бытовыми стоками приводит к понижению КК до 0,5. Таким образом, КК может служить критерием для определения условий сброса сточных вод в море с целью предупреждения изменений гидрохимического режима примыкающих к выпуску морских акваторий.

Между численностью гетеротрофов и содержанием СО2 нет обратной зависимости. Гетеротрофные микроорганизмы, наряду с потреблением СО2 на построение своих клеток, участвуют в деструкции НОВ, что сопровождается выделением СО2. Только преобладание какого-либо процесса, например, значительное повышение численности микроорганизмов, вызывает понижение концентрации СО2. Это подтверждается низким значением КК в загрязненной воде, содержащей большое количество гетеротрофов [5].

Донные отложения загрязненных морских акваторий выступают как вторичный источник загрязнения воды. На эвтрофированных участках создаются придонные анаэробные условия и микробиологические процессы разложения протекают с выделением в морскую среду сероводорода, метана, меркаптанов, биогенов и других загрязняющих воду веществ.

Для анализа потенциальной способности моря к самоочищению требуется комплексный подход. Самочищающая способность моря зависит от гидрометерологических, биотических, биологических и др. факторов.

Перемешивание и температура — основные гидрометеорологические факторы самоочищения морских побережий, которые находятся в весьма неблагоприятном санитарном состоянии. Большинство выпусков сточных вод находятся у уреза воды или на расстоянии 200–250 м от берега, глубина выпусков на Черном море не превышает 10–11 м, а на Азовском — 2–3 м. Вследствие этого сточные воды распространяются по поверхности на большие расстояния от источников загрязнения. Тогда включается в процесс самоочищения биологический фактор. Большое значение имеет бактерицидность морской воды (однако многие патогены стойки к повышенной солености), седиментация бактерий и пожирание бактерий зоопланктоном и др. Такое воздействие превышает величину истинного физического разбавления [3]. Одновременно организмы в соленой воде более чувствительны к антропогенным воздействиям на среду их обитания. Повышенная соленость воды существенно повышает токсичность некоторых веществ в отношении водных организмов. Снижение поверхностного натяжения под влиянием поверхностно активных веществ с концентрацией 10 мг/л при солености воды водного об'єкта 260/00 приводит к гибели рыб [6].

Потенциальная возможность самоочищения моря от аллохтонных органических загрязнений лимитируется бактериопланктоном и величиной кислородного резерва. Критерием этого процесса может выступать разница между суммарным количеством кислорода, которое поступило в воды в результате диффузии из атмосферы или при фотосинтезе, и количеством кислорода, которое расходуется на окисление автохтонного органического вещества или необходимо для нормальной жизнедеятельности организмов [3].

Благодаря фотосинтезирующей способности водные растения участвуют в биологической минерализации органического вещества, содержащегося в воде. Выделяемый во время фотосинтеза кислород способствует минерализации сточных вод. Макрофиты с перифитоном активно участвуют в процессах самоочищения воды. В море наиболее активно идут процессы фотосинтеза весной и осенью, менее активно — зимой и летом. Летом гораздо сильнее загрязненность морской воды из-за маловетренной погоды и массового опадания генеративных ветвей у водорослей, а также из-за повышенной температуры [7].

Деструкция остатков фитомассы макрофитов сопровождается вторичным загрязнением воды, т.к. после отмирания и микробиологической деструкции остатков растений в воду поступают значительные количества органических веществ и биогенов, которые ухудшают санитарно-гигиенические свойства воды [8]. Следовательно, можно использовать очищающую способность макрофитов при контролируемом их выращивании.

На сегодняшний день остро стоит вопрос водоотведения и очистки бытовых сточных вод в прибрежных зонах, рекомендуемые ранее способы очистки и водоотведения бытового стока морских побережий требуют пересмотра. Например, рекомендуется снижение уровня загрязнения морских акваторий путем удлинения трубопровода для отвода стоков на большие расстояния, их обеззараживания [2]. Однако по многим экологическим и экономическим соображениям это не выход. Дефицит пресной воды и земельных ресурсов в прибрежных зонах определяют необходимость вторичного использования очищенных стоков в хозяйственной деятельности человека, например, в практике орошения сельскохозяйственных культур. Создание безотходных технологий — единственный путь решения проблемы охраны морских акваторий от загрязнения сточными водами.

Качество очистки стоков, прошедших эффективную механическую и биологическую очистку на сооружении типа инфильтрационное "Биоплато" каскадного типа или доочистку на "Биоплато", позволяет исключить необходимость обеззараживания такого стока и определяет возможность повторного использования очищенных сточных вод в системах оборотного водоснабжения, орошения сельхозугодий, полива территорий при гарантированном соблюдении противоэпидемиологического режима.

"Биоплато" позволяет достичь эффект очистки от ионов аммония — до 81–92 %, от нитрит-ионов — 92–99 %, от нитрат-ионов — 86–90 %, от ионов тяжелых металлов — до 60–90 %, от взвешенных веществ — до 92–97 %, от сульфат ионов — 36–40 %, от органических веществ — до 60–80 %, от ионов натрия, кальция, магния — до 10–20 %.

На "Биоплато" формирование качества воды происходит с помощью высшей водной растительности, которая искусственно выращивается на сооружении, что подразумевает контроль за зарастанием, уборку избытков биомассы водной растительности и другие мероприятия во избежание вторичного загрязнения очищаемой воды.

Предложена схема сооружения, которая дает возможность максимально использовать свойства высшей водной растительности для очистки стоков.

Принцип очистки в сооружении типа "Биоплато" — совмещение анаэробной и аэробной фаз очистки в фильтрующей загрузке при медленном токе жидкости вдоль оси площадки. Площадь, занимаемая сооружением, невелика и составляет для дебита 200–500 м3 /сут 1000–5000 м2.

Листья и стебли вместе с перифитоном являются мощным биологическим фильтром и обладают фотосинтетически-продуктивной, деминерализующей, детоксикационной и фитосанационной способностями. Корни макрофитов регулируют аккумулятивно-деструктивные процессы в донных отложениях сооружения, где происходит инфильтрация через насыщенные корнями макрофитов и микроорганизмами грунты и фильтрующую засыпку. Экология фотосинтеза связана с поглощением углекислоты, карбонатов и гидрокарбонатов, с реаэрацией воды, поглощением биогенов и созданием первичной продукции, что обеспечивает биологический круговорот веществ и энергии в водной среде [9].

Необходимо учитывать специфику макрофитов при их посадке в различных климатических условиях. Тростник выдерживает высокие солевые нагрузки, рогоз растет при низких уровнях воды и др. [7].

Доочистка бытовых сточных вод на сооружении типа "Биоплато" надежна и проста, недорога при строительстве и эксплуатации, не требует высококвалифицированного обслуживающего персонала, обеспечивает высокую степень очистки. Многочисленные "Биоплато" малой пропускной способности дадут возможность очищать бытовой сток от большого количества водопотребителей рекреационного комплекса побережий, расположенных друг от друга на значительных расстояниях.

Литература
1. Соботович Э.В., Долин В.В. Оценка скорости самовосстановления радиационно загрязненных агроценозов в природно-техногенных условиях / Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях. Тез. докл.междунар. конфер. 24-26.04.2000. М., С-Пб.:Гидрометеоиздат, 2000. —286 с.
2. Григорьева Л.В. Санитарная микробиология эвтрофных водоемов //—К.: Здоров'я, 1985. — 224 с.
3. Океанические аспекты самоочищения моря от загрязнения//Тез. докл. научн. конфер. —К.: Наукова думка, 1970. —321 с.
4. Шандала М.Г., Звиняцковский Я.И. Окружающая среда и здоровье населения. К.: Здоровья, 1988. —152 с.
5. Курфакова Е.А. Компоненты углекислотно-карбонатной системы при деструкции нестойкого органического вещества // Гидробиол. жур. —1986. —N 1. —С. 40–43.
6. Сергеев Е.П. Санитарная охрана водоемов. М.: Медицина, 1979. —215 с.
7. Маглидов В.Г. Перспектива использования биоинженерных систем в мероприятиях по защите водоемов и водотоков от эвтрофирования. Тез. докл. на III всесоюз. симпоз. "Антропогенное эвтрофирование природных вод". —М., 1983. —154 с.
8. Коврижных А.И. Изучение процессов разложения остатков высшей водной растительности // Водные ресурсы. —1989. —N 6. —С. 110–112.
9. Эйнор Л.О. Ботаническая площадка — биоинженерное сооружение для доочистки сточных вод // Водные ресурсы. —1990. —N 4. —С. 149–151.


| Содержание |