Признаки эвтрофикации. Как бороться с эвтрофикацией водоемов. Способы снизить потери

Аннотация. Выполнен анализ существующих способов борьбы с эвтрофикацией водоёмов. Способы борьбы с эвтрофикацией водоемов и вызванным им «цветением» воды условно разделены на две группы: первая - профилактические мероприятия; вторая - регулирующие мероприятия. По результатам обзора сделан вывод, что не один из перечисленных способов борьбы с эврофикацией водоёмов не может полностью очистить водоём, но применение их в комплексе может быт эффективным, что требует дальнейших исследований.

Ключевые слова: эвтрофикация, профилактические мероприятия; регулирующие мероприятия, биогены, удобрения, земледелия, лесополосы, водохранилища.

Эвтрофикация (от греческого eutrophia - хорошее питание) - чрезмерное увеличение содержания биогенных элементов в водоемах, сопровождающееся повышением их продуктивности. Может быть результатом естественного старения водоема, поступления удобрений или загрязнения сточными (в том числе с полей) водами. Для эвтрофных водоемов характерно наличие богатой растительности, обильного планктона. Эвтрофикация ведет к нарушению экологического равновесия водных объектов, вредит рыболовству и отрицательно влияет на использование вод в питьевых, хозяйственно-бытовых и рекреационных целях . По сути эвтрофикация происходит из-за обогащения экосистемы питательными веществами. В течение длительного периода, обычно нескольких тысяч лет, озера естественным образом изменяют свое состояние с олиготрофного (бедного биогенными элементами) до эвтрофного (богатого ими) или даже дистрофного, т. е. с высоким содержанием в воде не минеральных, а органических веществ. Однако в XX в. произошла ускоренная антропогенная эвтрофикация многих озер, внутренних морей (в частности, Балтийского, Средиземного, Черного) и рек по всему миру. Главной причиной этого стало усиленное применение азотных удобрений и сброс в водоемы больших количеств, содержащих фосфаты бытовых сточных вод. Последнее отражает не только рост народонаселения планеты, но и современную тенденцию к увеличению его городской доли, а также совершенствование канализационных систем .

Способы борьбы с эвтрофикацией водоемов и вызванным им «цветением» воды можно условно разделить на две группы: первая - профилактические мероприятия; вторая - регулирующие мероприятия.

Профилактические мероприятия

Профилактические мероприятия предусматривают полное прекращение сброса в водоем неочищенных и условно очищенных сточных вод промышленных предприятий и бытовых стоков. Практическая реализация профилактических мероприятий - процесс сложный, длительный, капиталоемкий и связан с расширением новых технических и биологических проблем. Основная мера предупреждения эвтрофикации водоемов сводится к их охране от избыточного поступления биогенов, в частности фосфора и азота. Эта мера осуществляется многими путями. В первую очередь к ним относится повышение культуры земледелия, сопровождающееся уменьшением стока биогенов с сельскохозяйственных угодий. Очень важно не применять повышенные дозы удобрений, не дающие заметного экономического эффекта. Другой путь – перехват биогенов, выносимых с сельскохозяйственных угодий.

Для малых водоемов можно сооружать кольцевую дренажную систему с последующим отводом собранных сточных вод за пределы водосбора. Применительно к крупным водоемам важен перехват биогенов, поступающих по гидрографической сети – основному пути поверхностного стока.

Например, в предгорьях Гарца, сооружение, по пути к основному водохранилищу, так называемых «пред- водохранилищ», имеющих площадь в 5–10% от основного, задерживало поступление фосфора в водохранилище на 50%, принимающий в себя речной сток. Резервуар-отстойник водохранилища Есценице понижал концентрацию Р04 и Робщ на 65–90%. В небольших водохранилищах, сооружаемых на малых водотоках, в том числе пересыхающих летом (балки, овраги и др.), от излишка биогенов можно освобождаться путем рыбоводных мероприятий, одновременно получая ценную продукцию. Особенно перспективно использование растительноядных рыб, непосредственно утилизирующих первичную продукцию и повышающих эффективность эксплуатации рыбных хозяйств- деэвтрофикаторов.

Для перехвата биогенов, поступающих в небольшие водоемы с малой водосборной площадью, важно правильное обустройство прибрежной полосы, в частности ее облесение. В условиях Московской области лесная полоса шириной 30 м, почти полностью задерживает поступление биогенов в водоем с пахотного поля, длиной 190 м и уклоном 3°. Лесная полоса не должна вплотную подступать к берегу, во избежание загрязнения водоема листовым опадом. Оставление полосы луга шириной 15 м устраняет эту возможность, особенно при посадке по краю лесной полосы елей. В одном из ручьев США после сведения леса на водосборе вынос фосфора с крупнодисперсной взвесью возрос в 12 раз.

Поступление биогенов в водоемы с коммунальными и другими стоками предупреждается двумя способами. Первый из них – более или менее полное освобождение стоков от биогенов, особенно фосфора. Для этого используют осаждение его (солями алюминия, железа, известью), обратный осмос, ионный обмен и ряд других методов. Например, осаждение фосфора солями железа и алюминия позволило заметно снизить эвтрофикацию Цюрихского озера. В ряде озер Швеции, США, Канады изъятие фосфора из стока достигает 85–95% от исходного количества.

Другой путь обезвреживания стоков – снижение в них концентрации фосфора за счет использования детергентов с меньшим содержанием этого биогена. Например, в округе Эри (США) с 1971 г. было запрещено производство детергентов с содержанием Р выше 8,7%, а в 1972 г. эта норма была снижена до 0,5%. В итоге содержание фосфора в реках округа снизилось на 60%. Наиболее радикальная форма борьбы с биогенами стоков – отведение последних за пределы водосбора. Как уже говорилось, избыточное поступление биогенов – лишь предпосылка эвтрофикации, реализующаяся в определенных гидрологических условиях. Поэтому их регулирование (усиление перемешиваемости вод, аэрации, предупреждение термофикации водоемов) также можно широко использовать для предупреждения эвтрофикации, особенно в небольших водоемах.

При избыточном поступлении биогенов и других условиях, для развития эвтрофикации, она может быть исключена различными химическими, физическими и биологическим методами.

Регулирующие мероприятия

К регулирующим мероприятиям относятся физические, в частности искусственная механическая очистка и аэрация, химический и биологический методы.

Один из них – внесение в водоем различных препаратов, подавляющих первичное продуцирование. Этот способ очень уязвим, так как препараты, ингибирующие фотосинтез, в той или иной мере токсичны для беспозвоночных и рыб.

Физические воздействия сводятся к разбавлению эвтрофицируемых вод чистыми, снижению их прозрачности (взмучивание ила и др.), удалению ила и богатых биогенами вод гиполимниона, а также к аэрации воды. Аэрация дает хорошие результаты при предупреждении эвтрофикации небольших водоемов. В большинстве случаев аэрационные установки работают по принципу подачи воздуха в водоем (прокладка воздухоподающих перфорированных труб в придонном слое) или распыления воды в атмосфере (фонтанирование). С улучшением кислородного режима усиливается минерализация органики, сокращается или прекращается ее накопление в водоеме.

Наиболее перспективно предупреждение эвтрофикации биологическими методами. Еще в 1932 г. Е. Е. Успенский предложил предотвращать развитие водорослей с помощью макрофитов, перехватывающих в прибрежной полосе биогены, поступающие с водосбора. Такой метод особенно ценен, если сопровождается последующим изъятием фитомассы макрофитов. В противном случае после их отмирания биогены снова окажутся в воде, не говоря уже об отрицательном эффекте самого процесса гниения макрофитов в прибрежье. А. В. Францев предложил культивировать вприбрежье два вида дикого риса (водяного и широколистного), бекманию и канареечник, дающие огромную фитомассу с высокими кормовыми качествами. Культивирование этих и некоторых других растений с их последующей уборкой – не только эффективная мера борьбы с эвтрофикацией, но и дополнительный способ укрепления кормовой базы животноводства. В биологическом и экономическом отношениях перспективно использование для борьбы с эвтрофикацией водоемов растительноядных рыб. Наряду с предупреждением эвтрофикации в настоящее время во многих странах прилагаются усилия к деэвтрофикации водоемов. С этой целью частично или полностью заменяют воду, удаляют донные осадки, аэрируют гиполимнион и верхние слои грунта, дестратифицируют водную массу, связывают и осаждают биогены .

Регулирующие мероприятия

Также довольно перспективным методом является кавитация, воздействие на водоемы ультразвуком, вызывающим возникновение в жидкости пузырьков с парогазовой смесью. Разрыв пузырьков сопровождается разрушением близлежащих клеток водорослей. Однако на практике данный способ применялся пока что только в качестве эксперимента в Ладожском озере.

Не один из перечисленных способов борьбы с эврофикацией водоёмов не может полностью очистить водоём, но применение их в комплексе может быт эффективным, что требует дальнейших исследований.

Список литературы

1. «Советская энциклопедия» 2002

2. MedUniver.com

3. Симаков Ю.Г., рабочая программа дисциплины «Санитарная гидробиология»

4. Вдовин Ю.И., Журба М.Г. Водозаборно-очистные сооружения и устройства. – М.: Астрель, 2003 – 156 с.

Эвтрофиация - называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов». Это насыщение водоёмов биогенными элементами, сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов. Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоёма, так и антропогенных воздействий. В течение длительного периода, обычно нескольких тысяч лет, озера естественным образом изменяют свое состояние с олиготрофного (бедного биогенными элементами) до эвтрофного (богатого ими) или даже дистрофного, т. е. с высоким содержанием в воде не минеральных, а органических веществ. Однако в XX в. произошла ускоренная антропогенная эвтрофикация многих озер, внутренних морей (в частности, Балтийского, Средиземного, Черного) и рек по всему миру. Эвтрофикация - нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна. Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности, а также из-за смыва избыточно внесенных удобрений с полей.

Основные химические элементы, способствующие эвтрофикации «биогенные элементы» - фосфор и азот.

Эвтрофным водоёмам присущи богатая литоральная и сублиторальная растительность, обильный планктон. Искусственно несбалансированная эвтрофикация может приводить к бурному развитию водорослей (Цветение воды), дефициту кислорода, заморам рыб и животных. Этот процесс можно объяснить малым проникновением солнечных лучей вглубь водоёма и, как следствие, отсутствием фотосинтеза у надонных растений, а значит и кислорода.

Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий.

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона, а также водорослей-обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды редко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, которым эти растения создают места обитания или для которых они являются вышерасположенным звеном пищевой цепи.

2. Сильно размножившиеся в верхних горизонтах воды растения (особенно водоросли) имеют намного большую суммарную поверхность тела и биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако, как мы отметили в пункте 1, донная растительность из-за эвтрофикации погибает, и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается (см. пункт 2), между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно расходуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донной и придонной фауны. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, практически полностью разрушая или очень сильно трансформируя его экосистемы, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.

Эвтрофикация – это процесс повышения продуктивности водоема за счет значительного роста биомассы фитопланктона вследствие поступления в водоем биогенных веществ (в частности, фосфатов и нитратов).

Источники: выщелачивание почв, удобрения, моющие вещества, отходы животноводства, атмосферные аэрозоли, слива канализационных и ливневых городских стоков, дополнительное поступление почвенных наносов вследствие водной эрозии.

Эвтро­фикация приводит к резкому возрастанию биомассы фитопланктона вследст­вие массового размножения сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, уменьшение разнообразия видов, утрату генофонда, уменьшение способности экосистем к саморегуляции.

Механизм и последствия эвтрофикации заключаются в следующем (Рисунок 4). Поступление в водоем биогенных веществ (соединений фосфора, азота) вызывает массовое развитие фитопланктона, питающегося биогенами в толще воды. Последовательно происходит значительное помутнение воды, угнетение бентосной растительности; снижение концентрации кислорода в глубоких слоях водоема.

Фитопланктон сменяют синезеленые водоросли . Основными их питательными веществами являются фосфор и азот. Продуктивность их в воде лимитировалась низкой концентрацией фосфора в воде. Но так было до середины ХХ в. Бурное развитие промышленности, производство удобрений и моющих средств, отходы животноводства привели к резкому увеличению концентрации в водоемах биогенных веществ.

Токсичность их во время цветения установлена в Киевском водохранилище на р. Днепр, в Куршунском заливе Балтийского моря и т.д. Поэтому основным ограничивающим фактором «цветения» синезеленых водорослей является уменьшение стока биогенных веществ, в основном фосфора, в водные системы.

По сути эвтрофикацию следует понимать как экологическую сукцессию водной экосистемы (обычно пресноводных непроточных водоемов). Однако человеческая деятельность ускоряет процесс естественной эвтрофизации, поэтому данный процесс в настоящее время считают одним из результатов сельскохозяйственного производства, загрязнения окружающей среды; негативного изменения продуктивности водоема и в итоге его потери для хозяйственного использования.

Например , увеличение поступления биогенных веществ (особенно азота и фосфора) в Великие Американские озера привело к их эвтрофированию. В них произошла перестройка трофических цепей: в фитопланктоне доминирующую роль приобрели сине-зеленые водоросли, а это, в свою очередь, привело к смене зоопланктона и в конечном счете сказалось на составе ихтиофауны (американская селедка вытеснила высокосортные породы рыб – хариуса, сига, головня). Аналогичные процессы происходят в Женевском и Ладожском озерах.

Процессы эвтрофицирования также охватили многие речные экосистемы (особенно малые реки), замкнутые и полузамкнутые морские бассейны.

Особенно пострадало Балтийское море: в 30-х гг. ХХ в донных осадках отсутствовал сероводород, а в 1975 г. площадь сероводородной зоны достигла 84 тыс. км 2 . Во многих морях усилились «красные приливы», связанные с чрезмерным сбросом в них органических веществ и массовой вспышкой численности пирофитовых водорослей (динофлагеллят).

Экологические последствия загрязнения морских экосистем (океанических вод) выражаются в следующих процессах и явлениях:

· нарушении устойчивости экосистем; прогрессирующей эвтрофикации;

· появлении «крас­ных приливов»;

· накоплении химических токсикантов в биоте; снижении биологической продуктивности; возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской среде;

· микробиологическом загрязнении прибрежных районов мо­рей и океанов. Объемы поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли, ежегодно сбрасывается до 300 млрд. м 3 сточных вод, 90% которых не подвергаются предварительной обработке.

2.5.2. Чистая путевая вода: проблема и решения

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в настоящее время 1,2 млрд. человек не имеют воды в необходимом количестве, миллионы людей умирают ежегодно от болезней, вызванных растворенными в воде веществами. В январе 2008 года на Всемирном экономическом форуме ООН (World Economic Forum Annual Meeting 2008), проходившем в Швейцарии, утверждалось, что к 2025 году население более половины стран мира будет испытывать недостаток в чистой воде, а к 2050 году – 75%.

Количество токсичных веществ постоянно увеличивается как в развитых, так и в развивающихся странах: от тяжелых металлов и продуктов нефтеперегонки до таких канцерогенных соединений, как нитрозоамины, патогенные бактерии и вирусы. Увеличивающееся население Земли, особенно та его часть, что проживает в городах (в 2008 году оно достигло 50%), а также продолжающийся рост потребления воды - особенно в производстве, сельском хозяйстве и энергетике - тянет за собой и большие затраты водных ресурсов из традиционных источников.

Проблема чистой воды надвигается со всех сторон: так например, ученые предполагают, что в ближайшие 30 лет таяние ледников (одни из основных запасов пресной воды на Земле) приведет к сильным скачкам в уровне многих крупных рек, таких как Брахмапутра, Ганг, Хуанхэ, что поставит полтора миллиарда жителей Юго-Восточной Азии под угрозу нехватки питьевой воды. При этом уже сейчас расход воды, например, из реки Хуанхэ настолько велик, что она периодически не достигает моря.

Для того чтобы избежать водного кризиса, разрабатываются новые технологии очистки и дезинфекции воды, её опреснения, а также методы её повторного использования. Однако помимо научных изысканий необходимы действенные методы организации контроля над водными ресурсами стран: к сожалению, в большинстве государств использованием и планированием водных ресурсов занимается несколько организаций (так, в США этим заняты более двадцати разных федеральных агентств). Эта тема стала основной для номера от 19 марта этого года научного журнала Nature. В частности, Марк Шеннон (Mark Shannon) и его коллеги из университета Иллинойса в Эрбане–Шампейн (США) провели обзор новых научных разработок и систем нового поколения в следующих областях: дезинфекции воды и удаления патогенов без использования избыточного количества химических реагентов и образования токсичных побочных продуктов; обнаружение и удаление загрязняющих веществ в низкой концентрации; повторное использование воды, а также опреснение морской и воды из внутренних водоемов. Что немаловажно, эти технологии должны быть относительно недорогими и пригодными к использованию в развивающихся странах.

Тонкая зараза
Дезинфекция особенно важна в развивающихся странах Юго-восточной Азии и Субсахары: именно там патогены, живущие в воде, чаще всего становятся причиной массовых заболеваний. Наряду с болезнетворными организмами - такими, как гельминты (глисты), простейшие одноклеточные, грибы и бактерии, повышенную опасность представляют вирусы и прионы. Свободный хлор - самый распространенный в мире (а также самый дешевый и один из самых эффективных) дезинфектор - отлично справляется с кишечными вирусами, однако бессилен против вызывающих диарею криптоспоридий С.parvum или микобактерий. Ситуация осложняется и тем, что многие возбудители болезней живут в тонких биопленках на стенках водопроводных труб.

В Индии, где потребность в дезинфекции воды ощущается довольно остро, для этих целей применяется жавелевая вода. Фото: WHO
Новые эффективные методы дезинфекции должны состоять из нескольких барьеров: удаление с помощью физико-химических реакций (например, коагуляции, седиментации или мембранной фильтрации) и обезвреживание с помощью ультрафиолета и химических реагентов. Относительно недавно для фотохимического обезвреживания патогенов вновь стали использовать свет видимого спектра, а в некоторых случаях эффективно использование комбинирование УФ с хлором или с озоном. Правда, такой подход иногда вызывает появление побочных вредных веществ: например, от действия озона в воде, содержащей ионы бромида, может появиться канцероген бромат.

В развивающихся странах используется технология дезинфекции воды в бутылях из полиэтилена терефталата (PET) с помощью, во-первых, солнечного света, во-вторых, гипохлорида натрия (этот метод используется в основном в сельской местности). Благодаря хлору удалось снизить частоту желудочно-кишечных заболеваний, однако в областях, где в воде содержится аммиак и органический азот, метод не работает: с этими веществами хлор образует соединения и становится неактивен.

Предполагается, что в будущем методы дезинфекции будут включать действие ультрафиолета и наноструктур. Ультрафиолетовое излучение эффективно в борьбе с бактериями, живущими в воде, с цистами простейших, однако не действует на вирусы. Тем не менее ультрафиолет способен активировать фотокаталитические соединения, например, титана (TiO2), которые в свою очередь способны убивать вирусы. Кроме того, новые соединения, такие как TiO2 с азотом (TiON) или с азотом и некоторыми металлами (палладием), могут активироваться излучением видимой части спектра, на что требуется меньше затрат энергии, чем при облучение ультрафиолетом, или даже просто солнечным светом. Правда, подобные установки для дезинфекции имеют крайне небольшую производительность.

Другой важной задачей в очищении воды является удаление вредных веществ из нее. Существует огромное количество токсичных веществ и соединений (таких как мышьяк, тяжелые металлы, галогенсодержащие ароматические соединения, нитрозоамины, нитраты, фосфаты и многие другие). Список предположительно вредных для здоровья веществ постоянно растет, а многие из них токсичны даже в ничтожных количествах. Обнаружить эти вещества в воде, а потом удалить их в присутствии других, нетоксичных примесей, содержание которых может быть на порядок выше, - сложно и дорого. А кроме всего прочего, это поиск одного токсина может помешать обнаружению другого, более опасного. Методы мониторинга загрязняющих веществ неизбежно связаны с использованием сложного лабораторного оборудования и привлечением квалифицированного персонала, поэтому очень важно везде, где только возможно, находить недорогие и относительно простые способы идентификации загрязнений.

Важна здесь и своего рода «специализация»: например, триоксид мышьяка (As-III) раз в 50 токсичнее пентоксида (As-V), и поэтому необходимо измерять их содержание и вместе, и по отдельности, для последующей нейтрализации или удаления. Существующие же методы измерения или имеют низкий предел точности, или требуют квалифицированных специалистов.

Ученые считают, что перспективным направлением в разработке методов обнаружения вредных веществ является метод молекулярного распознавания (molecular recognition motif), основанном на использовании сенсорных реактивов (вроде знакомой со школы лакмусовой бумажки), вместе с микро- или нанофлюидным управлением (micro/nanofluidic manipulation) и телеметрией. Подобные биосенсорные методы можно применять и к болезнетворным микроогранизмам, живущим в воде. Однако в этом случае надо следить за наличием в воде анионов: их присутствие может нейтрализовать достаточно действенные - при других условиях - методы. Так, при обработке воды озоном бактерии гибнут, но если в воде находятся ионы Br-, происходит окисление до BrO3-, то есть один вид загрязнения меняется на другой.

В настоящее время органические вредные вещества в воде стараются посредством реакций превратить в безобидные азот, углекислый газ и воду. Серьезные анионные загрязнители, такие как нитраты и перхлораты, удаляют с помощью ионообменных смол и обратного осмоса, а токсичные рассолы сливают в хранилища. В будущем, возможно, будут использоваться биметаллические катализаторы для минерализации этих рассолов, а также активные нанокатализаторы в мембранах для трансформации анионов.

Повторное использование воды
Сейчас специалисты по охране природы самозабвенно мечтают о повторном использовании промышленных и городских сточных вод, предварительно доведенных до качества питьевой воды. Но в этом случае приходится иметь дело с огромным количеством всевозможных загрязнителей и патогенов, а также органических веществ, которые должны быть удалены или трансформированы в безвредные соединения. Следовательно, все операции удорожаются и усложняются.

Городские сточные воды обычно проходят обработку в очистных сооружениях, в которых во взвешенном состоянии находятся микробы, удаляющие органику и остатки пищевых веществ, а потом в отстойных резервуарах, где происходит разделение твердых и жидких фракций. Воду после такой очистки можно сбрасывать в поверхностные водоемы, а также использовать для ограниченного полива и на некоторые заводские нужды. В настоящее время одна из активно внедряемых технологий - мембранные биореакторы (Membrane Bioreactor). Эта технология сочетает использование взвешенной в воде биомассы (как в обычных очистных сооружениях) и водных микро- и ультратонких мембран вместо отстойников. Воду после МБР можно свободно использовать для ирригации и для заводских нужд.

МБР также могут принести большую пользу в развивающихся странах с плохой канализацией, особенно в быстрорастущих мегаполисах: они позволяют обрабатывать непосредственно сточные воды, отделяя из них полезные вещества, чистую воду, азот и фосфор. МБР используют также как предварительную обработку воды для обратного осмоса; если же потом обработать её УФ (или фотокаталитическими веществами, реагирующими на видимый свет), то она будет пригодна для питья. В будущем, возможно, системы для «повторного использования воды» будут состоять только из двух этапов: МБР с нанофильтрационной мембраной (что избавит от необходимости этапа обратного осмоса) и фотокаталитического реактора, который послужит преградой для патогенов и уничтожит органические загрязнители с малой молекулярной массой. Правда, одной из серьезных преград является быстрое засорение мембраны, и успех развития этого направления очистки воды во многом зависит от новых модификаций и свойств мембран.

Немалую преграду составляют и законы об охране окружающей среды: во многих странах строго запрещено повторное использование воды для коммунальных нужд. Однако из-за недостачи водных ресурсов меняется и это: так, в США повторное использование воды ежегодно возрастает на 15%.

Без соли
Увеличить запасы пресной воды с помощью опреснения вод морей, океанов и засоленных внутренних водоемов - очень соблазнительная цель, ведь эти запасы составляют 97,5% всей воды на Земле. Технологии опреснения шагнули далеко вперед, особенно за последнее десятилетие, однако до сих пор они требуют много энергии и капиталовложений, что сдерживает их распространение. Скорее всего, доля крупных установок по опреснению воды традиционным (термальным) способом уменьшится: они расходуют слишком много энергии и сильно страдают от коррозии. Предполагается, что будущее за небольшими системами опреснения, рассчитанными на одну или несколько семей (это касается в основном развивающихся стран).

Современные технологии опреснения используют мембранное разделение с помощью обратного осмоса и температурную дистилляцию. Сдерживающими факторами для развития опреснения являются, как уже было сказано, высокое потребление энергии и эксплуатационные расходы, быстрое загрязнение мембран установок, а также проблема утилизации соляного рассола и присутствие в воде остатков загрязнителей с низким молекулярным весом, например, бора.

Перспективность исследований в этом направлении определяется прежде всего снижением удельных затрат энергии, и тут определенный прогресс налицо: если в 1980-х годах они в среднем составляли 10 кВт·ч/м3, то в настоящее время они сократились до 4 кВт·ч/м3. Но есть и другие важные успехи: создание новых материалов для мембран (например, из нанотрубок из углерода), а также создание новых очистных биотехнологий.

Остается надеяться, что в ближайшие годы наука и технологии действительно сильно шагнут вперед - ведь даже оставаясь пока для многих почти незаметным, призрак водного кризиса давно уже бродит не только по Европе, но и по всему миру.

Насосы с фильтрами позволяют нам наслаждаться красивой голубой гладью пруда на своем участке. Также для этого предназначены различные химические и биологические добавки, которые уничтожают вредную микрофлору и нормализуют состав воды.

Водоем на своем участке часто подвергается такому неприятному и вредному явлению, которое называют эвтрофикацией. С греческого языка это слово можно перевести, как «обильное питание». Смысл его состоит в том, что биогенные вещества (азот и фосфор) вызывают «цветение» воды и гиперактивное развитие анаэробных микроорганизмов.

Каждый пруд, озеро, речная заводь и искусственный водоем может стать непригодным для дальнейшего использования вследствие того, что вода в нем «цветет». Уровень кислорода при эфтрофикации препятствует нормальной жизнедеятельности рыб и растений. Солнечный свет не может пробиться сквозь толщу расплодившихся водорослей, что также влечет за собой уменьшение разнообразия флоры и фауны водоема.

Причины и последствия

Причины этого неприятного явления разные. В одних случаях это вызвано природными факторами. Например, замедлением тока воды, из-за чего прекращается нормальное снабжение придонных областей кислородом. Или чрезмерным развитием некоторых видов водорослей.

Очень часто эвтрофикация является результатом человеческой деятельности. С полей смывают удобрения, в стоки попадают ортфосфатные порошки, близлежащие животноводческие фермы и птицефабрики нарушают содержание азота в водоеме.

Внешние признаки загрязнения пруда (водоема)

• Неприятный «тяжелый» запах
• Мутная пленка на поверхности
• Массивный осадок органических отложений на дне
• Неконтролируемое размножение водорослей, тины, ряски и других микроорганизмов, из-за чего жидкость приобретает устойчивый зеленый цвет.

О том, как сделать пруд для разведения рыбы читайте .

Эвтрофикация оказывает пагубное воздействие на биогеоценоз пруда с застойной водой:

• Верхний слой водоема вследствие увеличения питательных веществ для водорослей обрастателей и питающихся фитопланктоном зоопланктона превращается в зеленый ковер. Неприятный тяжелый аромат, наверное, знаком всем, кто хоть раз был на берегу подобного водоема.
• Придонный слой не получает нужного количества кислорода. Из-за этого умирают аэробные микроорганизмы, растения и рыбы. Происходит быстрое наращивание суммарной массы анаэробных живых организмов в придонном слое.
• Так как питающиеся кислородом бактерии не в состоянии своевременно перерабатывать отмершие части водорослей и животных, внизу скапливаются яды. Это фенол, сероводород и метан. Налицо проявляется парниковый эффект, добивающий растительность и требовательные к кислороду живые клетки. Читайте также про аэраторы для пруда .

Загрязнения водоемов бывают также комбинированными. То есть, эвтрофикация плюс сточные воды, опавшая листва и ветки, поваленные деревья, железные и пластмассовые корпуса отработавших механизмов, мусор антропогенного происхождения, и др.

Всю информацию про разведение рыбы в искусственных водоемах найдете .

Способы очистки водоемов

Когда-то наши предки просто засыпали в грязный пруд большое количество древесного угля. Это был некий прообраз фильтрации. Сейчас существуют более совершенные и удобные методы очистки промышленных, природных и дачных водоемов. Всего различают четыре вида очистных мероприятий:

Облучение ультрафиолетом – это все еще довольно экзотический способ очистить водоем от «цветения» и тины. А вот фильтры, применяемые одновременно с добавлением в воду химических и биологически активных веществ, являются распространенным методом. Здесь важно определить уровень содержания зеленной массы и, отталкиваясь от этого, заказать насос необходимой мощности.

Чем кормить карасей в домашнем пруду подскажет .

Насос с фильтром помещают на нужную глубину. При профилактике эвтрофикации достаточно лишь раз в неделю или около того включать его. Если же водоем достаточно грязный, то необходимо избавиться от всех водорослей, мертвых отложений, микроскопических частиц и другого мусора биогенного происхождения.

Важно правильно рассчитать пропускную способность насоса и фильтра. Для промышленных нужд выпускают мощные агрегаты, очищающие тонны воды в час . Дачный водоем не требует высоких параметров насоса, поэтому здесь важнее стабильная работа и качественная очистка.

Биологические и химические методы очистки закрытых бассейнов и прудов применяют обычно вместе. Процесс отмирания ряски, тины и простейших водорослей запускается сразу после высыпания рекомендуемой дозы препарата. Обычно он длится от одного до трех месяцев. После этого начинается уменьшение количества водорослей-обрастателей и анаэробных придонных микроорганизмов.

Для чего применяют бутилкаучуковую пленку для пруда узнаете .

Быстро очистить с помощью фильтра можно только сравнительно небольшой бассейн. Чтобы очистить пруд значительных размеров, в зависимости от степени загрязнения и применяемых препаратов, может потребоваться от нескольких недель до нескольких месяцев.

Если водоем на своем участке снабжается проточной водой из труб, то стоит также прочистить и их. Дело в том, что на поверхности внутренних стенок трубопроводов обязательно поселяются колонии микроорганизмов и простейших водорослей. В итоге вода в пруд поступает уже загрязненной, чего нужно всячески избегать.

Не исключено, что вам будет полезна информация про .

Избавление от анаэробных микроорганизмов и бактерий – это длительный и дорогостоящий процесс. Поэтому следует не доводить свой водоем до состояния болота. Необходимо постоянно контролировать уровень азота и фосфора, не допускать попадания внутрь биогенных микроэлементов, следить за тем, что втекает в ваш пруд. Для обогащения водоемов кислородом принято использовать .

Систему фильтрации воды в пруду вы можете сделать сами, как показано на этом видео:

Насосы с фильтрами являются неотъемлемой составляющей любого водоема, хозяин которого строго контролирует все процессы в его недрах и на поверхности. Добавление химических и биологических веществ дополняет процесс очистки от нежелательных водорослей и зоопланктона.

Эвтрофикация - это насыщение водоема биологически активными элементами, не свойственными его экосистеме. К сожалению, наступили времена, когда экологам приходится бить тревогу и призывать к очистке воды ради сохранения всех живущих в этом мире видов.

Люди и планета

Человек - единственное живое существо на Земле, которое не смогло наладить с ней гармоничные отношения. Если внимательно изучить возникновение и развитие каждого вида, то можно проследить, как они либо адаптировались к условиям планеты, либо исчезали с ее лица, и только человек решил, что сущее создано исключительно для него, и эксплуатировал его в своих целях. Как люди распорядились с осознанием своего превосходства над другими живыми существами, видит сегодняшнее поколение. Цветущие водоемы, мертвые моря, наступающие пустыни - это лишь малая толика того, что натворило человечество за время своего существования.

Самый большой урон природе был нанесен в XX веке, и вызван он развитием таких отраслей, как:

• Химическая промышленность, которая заняла ведущее место в пищевой, текстильной, машиностроительной, фармацевтической, сельскохозяйственной и многих других индустриях.
• Мелиорация, при которой неправильное распределение водных ресурсов, строительство дамб и других сооружений привело к нарушениям привычной экосистемы водоемов. Зачастую итогом этого становится последующая эвтрофикация (это обогащение или отравление воды не свойственными для ее состава элементами). Так было с Аральским морем, когда в 60-е годы прошлого столетия из-за крайне высокого водозабора из Амударьи и Сырдарьи, питающих его, оно обмелело на 13 метров. Как сегодня выглядит Аральское море, знают все экологи мира.
• Электрификация страны, проводимая в 30-е годы XX века, так же стала причиной последующей эвтрофикации водоемов, так как привела к строительству искусственных водохранилищ. Отрезанные дамбой от основного речного потока, они перекрывали движение воды и естественные места нереста рыб, что нарушало экосистему рек, и последующее зарыбление мало что смогло изменить.

Человек так и не стал «дружить» с планетой, так как только незначительная часть людей осознает масштабы мировой катастрофы и входит в партии и организации, занимающиеся защитой окружающей среды.

Водное пространство планеты

В понятие гидросферы входят воды как Мирового океана, так и водоемов, расположенных на суше. Среди последних не только болота, озера и реки, но и ледники гор, Антарктиды, Гренландии и грунтовые воды.

Большая часть воды сосредоточена в морях и океанах (94%) в жидком или твердом состоянии. Остальные 6% приходятся на водоемы суши. О том, что вся гидросфера планеты является единым целым, которое нельзя нарушать, говорит общность ее вод:

• Через атмосферные пары и круговорот воды в природе они могут сообщаться друг с другом.
• Поверхность Мирового океана практически одинаковая по своему уровню.
• Состав воды морей и океанов на Земле практически идентичен и на 35% состоит из солей, придающих ему горьковато-соленый привкус.

Так как все на планете в той или иной степени содержит в своем составе жидкость, то ее значение в экосистеме самое важное: нет воды - нет жизни. Об этом свидетельствуют пустыни, некоторые из которых ранее были дном океана.

Было бы странно надеяться, что «поворот рек вспять», который пытались осуществить в СССР ради индустриализации страны, или выбросы химических отходов в других странах не повлекут за собой последствия, проявившиеся в виде природных катаклизмов в разных регионах мира. Причины эвтрофикации Мирового океана сегодня - это как раз результат того, что натворило человечество в XX веке.

Важно: подобные игры «в богов», когда люди ради своей прибыли нарушают экосистему планеты, касаются не только ее гидросферы. Вырубка лесов на Амазонке привела к образованию озоновых дыр в атмосфере и изменению климата на всей Земле.

К сожалению, человечество так и не поняло, что вся экологическая система планеты - это единый организм, состоящий из миллионов элементов, каждый из которых важен для общего выживания. Попытки приостановить эвтрофикацию водоемов сегодня - это жалкие потуги вернуть их в первоначальное состояние наподобие того, что было создано самой природой.

Абиотические составляющие воды

Она является не только средой обитания для миллионов живых организмов, но и аккумулятором солнечной энергии, благодаря своим свойствам:

• Ее плотность в 800 раз превышает показатели воздуха, а вязкость - в 55 раз.
• У воды высочайший уровень теплоемкости, что оказывает влияние на формирование климата на Земле.
• Водные массы за счет своего передвижения в пространстве (круговорот в природе) поддерживают свойственный им химический и физический состав.
• К абиотическим факторам также относятся температурные изменения (уровень прогревания) в зависимости от глубины водоемов.
• От степени насыщения воды кислородом зависит выживаемость дышащих организмов в ней.
• Кислотность - также важный показатель, так как обитатели водоемов, привыкшие и выживающие в одном ее уровне, погибают, если его показатель меняется в ту или иную сторону.
• Прозрачность водной поверхности определяет глубину ее светового режима.

Важно: последний фактор оказывает влияние на развитие, фотосинтез и распространение зеленых микроорганизмов, фитопланктона, органических полезных веществ и уровня их накоплений.

Процесс эвтрофикации водоемов запускается в том случае, если какой-то или сразу несколько абиотических факторов нарушены. Допустим, причина гибели живых организмов в нем связана с замутнением воды, вызванным увеличением в ней количества минеральных и органических веществ, доставляемых в нее промышленными стоками. Чтобы изменить это, следует ликвидировать причину, вызвавшую замутнение (перекрыть сток), после чего проводится очистка воды с последующим ее насыщением веществами и организмами, свойственными ее экосистеме.

Эвтрофикация - это верная смерть всей живности не только в воде, но и в окружающей местности. Так как береговые животные и растения напрямую зависят от чистоты окружающего водного пространства, которое является не только их домом, но и зоной питания и размножения, то с его уничтожением исчезает ареал их обитания.

Взаимная деятельность живых организмов в воде

За миллионы лет жизни на этой планете между ее обитателями возникли тесные взаимосвязи, нарушив которые можно уничтожить не просто какой-то один вид животных, а целую экосистему. Подобные колебания в ту или иную сторону всегда вызывают ответную реакцию у природы. Взять, к примеру, остров Святой Елены, леса которого были почти полностью уничтожены завезенными сюда в начале XVI века козами. Вместе с ними вымерли животные и птицы - эндемики этого места. Эту же картину можно наблюдать на некоторых островах Океании.

Увидеть такие явные изменения в воде не всегда удается вовремя, ведь причины ускоренной эвтрофикации водоемов не всегда очевидны. Например, смыв при половодье верхних слоев почвы, удобренной органикой, не кажется опасным до тех пор, пока озеро или река не зацветут, а рыба не всплывет брюхом кверху.

Потребность в очистке появляется при нарушении биотических факторов, свойственных данной местности. Под этими явлениями подразумеваются взаимоотношения живых организмов, обитающих в водоеме, которые делятся на косвенные и прямые. К первым относятся факторы, от которых их жизнедеятельность не зависит напрямую. Например, водоросли не являются пищей для каких-то организмов, но их наличие в водоеме влияет на насыщение воды кислородом, который им необходим.

Прямая зависимость - это когда связь между ними настолько тесная, что достаточно одному звену пищевой цепочки исчезнуть, чтобы уничтожению подверглись сразу несколько связанных с ним видов. Например, разлив нефти в океане вызывает гибель планктона, исчезновение которого приводит к голодной смерти множества организмов, пищей которых он является.

Подобные природные катастрофы и становятся причиной эвтрофикации данного участка воды. Чтобы восстановить былой баланс, требуется создание благоприятной среды для роста и размножения планктона на месте его гибели - это крайне долгий и дорогой процесс, которого можно было бы избежать, используй люди в качестве топлива силу ветра, солнца или приливов, а не природные ископаемые.

Структура Мирового океана

Как земная суша, так и водоемы делятся на природные зоны, каждой из которых свойственна отдельная экосистема. Известно, что обитатели морей, рек и озер живут на разной глубине, образуя «сообщества», в которые входят как простейшие микроорганизмы, так и растения, рыбы и животные.

Каждому ярусу свойственен свой температурный режим, уровень насыщения воды кислородом и светом, и его жители не покидают своей территории, являясь неотъемлемой частью присущей ему среды. Так обитатели глубин не выживают, поднимаясь к поверхности воды, то же происходит с теми, кто покидает свою зону и опускается на дно.

В том случае, если происходит нарушение какой-либо составляющей подобного яруса, повреждения получают все его обитатели. Например, даже незначительное повышение температуры океанской воды на длительное время приводит к обесцвечиванию и гибели коралловых рифов, вместе с которыми умирают их жители. Освободившееся пространство занимают водоросли, что приводит к полной замене существующей экосистемы, которая, как правило, восстановлению не подлежит. Это касается не только кораллов, но и обитателей пресных водоемов, которые вымирают из-за бурного цветения водорослей.

Ученые считают, что эвтрофикация - это самый быстрый способ нарушения экосистемы, но далеко не единственный. Существует несколько видов загрязнения воды, после некоторых из которых она не подлежит последующему восстановлению, ведь мало «накормить» водоемы необходимыми микроорганизмами и биоактивными элементами. Требуются усилия по восстановлению условий их обитания с учетом всех биотических и абиотических факторов, что сделать крайне трудно.

Виды биологических загрязнений

Если для естественной очистки атмосферы требуется 8-10 дней, то для Мирового океана потребуется 2500 лет, загрязненные грунтовые воды смогут стать чище через 1400 лет, для озера этот срок составляет не менее 17-20 лет, а для рек - до 20 дней. Вот почему так важно не допускать эвтрофикации воды.

Если на планете сократится объем Мирового океана, то человека ждет такое же постепенное вымирание, как и морских обитателей. Климат Земли изменится навсегда, что приведет к наступлению пустыни, и, как показывают своим читателям авторы в жанре апокалипсиса, вода будет стоить дороже человеческой жизни.

Причин эвтрофикации водоемов несколько:

• биологическое загрязнение;
• химическое изменение состава воды;
• физическое загрязнение.

Большинство биогенных веществ попадают в водоемы через промышленные стоки и городские канализации, а в грунтовые воды - с дождем и элементами разложения в местах свалок продуктовых отходов. Особенный урон наносится фермерскими хозяйствами. Например, один только животноводческий комплекс по откорму скота с поголовьем до 10 000 единиц дает в год такое же количество биогенных отходов, как город со стотысячным населением.

Не меньший вред наносят смываемые дождями с полей органические и минеральные удобрения. Все это приводит к ускоренному обогащению воды биоактивными элементами, и первые признаки эвтрофикации проявляются в виде роста сине-зеленых водорослей и их быстрого размножения. Спустя время весь водоем заполняется их цветением, что вызывает сжигание кислорода и полное уничтожение всего живого в нем.

Подобная антропогенная эвтрофикация вызвана не заражением ядовитыми отходами, а увеличением на первый взгляд безопасных биогенных веществ в составе воды, что приводит местность к состоянию экологической катастрофы со всеми вытекающими последствиями: уничтожением флоры и фауны, увеличением таких заболеваний среди людей, как холера, гепатит и кишечные инфекции.

Виды химических загрязнений

Наибольшую опасность вызывает заражение воды свинцом, ртутью или солями других тяжелых металлов, что приводит к эвтрофикации озер и рек, на берегах которых стоят промышленные предприятия. Нефть и производные из нее наносят не меньший вред. Загрязнение морей и океанов ими за год исчисляется 10 миллионами тонн, и на сегодняшний день общая площадь покрытия составляет 1/5 водной поверхности Земли.

Важно: 10 м 2 нефтяной пленки на поверхности воды вызывает смерть не только живущих в зоне поражения организмов, но и животных, и птиц, обитающих в ее пределах.

Еще один источник, вызывающий эвтрофикацию, - это нитраты и фосфаты, 1 мг/л которых уничтожает планктон, а 5 мг/л приводит к замору рыбы.

Так как поражение водоемов химическими веществами вызывает угнетение всех естественных биологических процессов в них, то подобные ситуации также называются экологическими катастрофами, приводящими к гибели окружающей среды.

Виды физических загрязнений воды

Еще один способ воздействия на воду - это физическое изменение ее свойств. Особенно сильно влияет на ее состав охота в пределах водоемов. Ученые подсчитали, что миллион охотников, сделавших всего по одному выстрелу, выпускают в воду более 30 тонн свинца, последствием чего становится ее эвтрофикация.

Не меньший вред наносит нагревание поверхности водоемов сбрасываемой в них отработанной ТЭЦ теплой воды. При этом насыщение ее кислородом постепенно спадает, а взамен увеличивается количество болезнетворных микроорганизмов, что приводит к полному уничтожению жизни в зоне заражения.

Последствия эвтрофикации водоемов при этом самые плачевные. Как правило, их восстановление требует немало усилий и финансовых вложений, так как в него входит не только очистка воды и воспроизведение в ней былой экосистемы, но и приведение в порядок всей прилегающей к ней территории. Только в высокоразвитых странах для этого предусмотрены специальные юридические нормы и деньги в бюджете.

Что делать?

На сегодняшний день существует множество способов, как убить все живое в Мировом океане, но есть всего две возможности, как все исправить:

1. Уничтожение плантаций водорослей, что в свою очередь, понизит показатель растворенного кислорода в воде.
2. Устранение причин, вызывающих эвтрофикацию.

Для осуществления этих мер требуется принятие соответствующих законов, разработка долгосрочных программ и финансовые вложения. Если не сделать этого сегодня, то последующие поколения людей будут жить в мире, описанном многими писателями-фантастами.

Трагедия мирового масштаба

Осознание величины экологической катастрофы и ее последствий - вот первостепенная задача правительств всех стран на планете. Вернуть природе ее первозданность намного сложнее, чем уничтожить, поэтому люди, являющиеся неотъемлемой частью единой экосистемы Земли, должны принять всю ответственность за происходящее в мире на себя, лишь после этого возможны перемены к лучшему.