3

УДК 502.3:54(0758)

Крупнова Т.Г., Сухарев Ю.И. Химия окружающей среды: Учебное пособие. –Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2005. – Ч. 2. – 36 c.

Пособие является второй частью серии учебных пособий по курсу «Химияокружающей среды». В нем рассмотрены вопросы, связанные с химиейгидросферы.

Пособие является дополнением к лекционному материалу, предусмотренномупрограммой по курсу химии окружающей среды. В конце каждого разделаприведены вопросы для самоконтроля.

Пособие ориентировано прежде всего на студентов, обучающихся поспециальностей 320700 – «Охрана окружающей среды и рациональноеиспользование природных ресурсов», 013400 – «Природопользование».

Ил. 2, табл. 3, список лит. – 5 назв.

Одобрено учебно-методической комиссией архитектурно-строительногофакультета.

Рецензенты: Д.Г. Ким

© Издательство ЮУрГУ, 2005.

4

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….. 41. СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ПРИРОДНЫХ ВОД…………………………………………………………….......1.1. Составляющие гидросферы……………………………………………1.2. Аномальные свойства воды…………………………………………… 51.3. Состав природных вод…………………………………………………. 71.4. Способы классификации природных вод…………………………………... 71.5. Показатели качества воды и способы их определения……………………...1.5.1. Физические показатели качества воды………………………………… 101.5.2. Химические показатели качества воды…………………………………1.5.2.1. Активная реакция воды……………………………………………. 111.5.2.2. Жесткость природной воды……………………………………….. 171.5.2.3. Щелочность………………………………………………………… 181.5.2.4. Окисляемость. ХПК. БПК…………………………………………. 20

2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГИДРОСФЕРЫ…………………………………………….2.1 Элементы водной токсикологии……………………………………….. 212.2 Загрязнение водных объектов пестицидами……………………........... 222.3 Эвтрофикация водоемов………………………………………………... 292.4. Вопросы для самоконтроля………………………………………......... 36

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………….......... 36

5

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее учебное пособие предназначено для самостоятельной работыстудентов обучающихся по специальности 320700 – «Охрана окружающей средыи рациональное использование природных ресурсов». Также может бытьиспользовано студентами других специальностей, в учебной программе которыхпредусмотрено изучение химии.

Химия окружающей среды базируется на основных законах и понятияхклассической химии, однако объекты исследования в этом случае находятся вбиосфере. Предметом курса «Химия окружающей среды» являются основные физико-химические процессы, протекающие с участием абиотических компонентовбиосферы в естественных условиях, и изменения в этих процессах, связанные свлиянием антропогенных факторов.

Пособие является второй частью серии учебных пособий по курсу «Химияокружающей среды». В нем рассмотрены вопросы, связанные с химией воды,предусмотренные программой.

Пособие является дополнением к лекционному материалу, предусмотренномупрограммой по курсу химии окружающей среды. Особое внимание в нем уделеноболее глубокому и подробному рассмотрению вопросов, которые не достаточнополно изложены в имеющейся по данному курсу учебной литературе.

В конце каждого раздела учебного пособия имеется список вопросов длясамоконтроля. Не нужно пренебрегать ответами на них. Именно самостоятельноевоспроизведение студентами многих химических формул, уравнений химическихреакций, математических выкладок при выводе основных физико-химическихзакономерностей способствует глубокому пониманию и эффективному усвоениюматериала.

Пособие может принести пользу при подготовке к лабораторным работам,предусмотренным программой по курсу химии окружающей среды. Его можноиспользовать при выполнении реферативных работ по данному курсу, а такжетоксикологии, экологии, коллоидной химии и другим дисциплинам.

Авторы надеются, что приводимое в учебном пособии краткое изложениеосновных разделов курса и вопросы для самопроверки будут способствоватьповышению эффективности самостоятельной работы студентов, являющейсяосновой успешного образования.

6

1. СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАПРИРОДНЫХ ВОД

1.1. Составляющие гидросферы

Гидросфера – прерывистая водная оболочка Земли. Под понятием гидросферыобъединяют все виды природных растворов, всю воду, находящуюся в трехразличных агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном), и воду,которая входит в состав химических соединений.

В большинстве своем природные воды представляют собой неравновесные,открытые (с точки зрения термодинамики) системы. Исключение составляютлишь отдельные ограниченные объемы подземных вод. Однако для описанияпроцессов, протекающих в природных водах, часто используют законы равновеснойтермодинамики.

Основное количество воды на Земле содержится в Мировом океане (табл. 1.1).Таблица 1.1

Мировые запасы воды [1]Вид природных вод Объем, км3 Доля, %

от общихмировых запасов

воды

Мировой океан 1338000000 96,5Подземные воды 23400 000 1,7Преимущественно пресные подземные воды 10530000 0,76Почвенная влага 165000 0,001Ледники и постоянный снежный покров 24064100 1,74Воды в пресных озерах 91000 0,007Воды в соленых озерах 85400 0,006Воды в руслах рек 2120 0,0002Биологическая вода 1120 0,0001Вода в атмосфере 12900 0,001Общие запасы воды 1385934610 100Запасы пресной воды 35029210 2,53

1.2. Аномальные свойства воды

Общие запасы воды на Земле составляют 1385984610 км3. Но не в связи согромным количеством, а исключительно благодаря ряду аномальныххарактеристик соединение водорода с кислородом Н2О выделено в самостоятельнуюземную оболочку. Среди аномальных свойств воды, играющих важную роль вподдержании жизни на Земле, нужно отметить следующие.

7

Аномальный вид температурной зависимости плотности воды. Максимумплотности воды наблюдается при температуре около 4 єС. Так, при 0 єСдистиллированная вода имеет плотность 0,999841 кг/м3, при 25 єС – 0,9977047 кг/м3, а при 4 єС плотность дистиллированной воды составляет0,999973 кг/м3. Благодаря этому с наступлением морозов поверхностный слой воды,охлажденный до 4 єС, как более тяжелый опускается на дно водоема, вытесняя болеетеплые и легкие слои на поверхность. В дальнейшем, когда весь водоем охладится до4 єС, будет охлаждаться только поверхностный слой, который как более легкийбудет оставаться на поверхности водоема. Лед легче воды, и он будет плавать наповерхности водоема. Лед и покрывающий его снег являются хорошей защитойводоема от промерзания, так как обладают малой теплопроводностью. Так,например, свежевыпавший снег при температуре 273 К имеет теплопроводность90·10–3 Вт/(м·К), а теплопроводность уплотненного снега близка к теплопроводностистроительного войлока, которая равна 44·10–3 Вт/(м·К). Это способствует сохранениюжизни в водоемах средних и высоких широт в зимнее время года.

Теплоемкость воды. Удельная теплоемкость воды выше, чем у всех твердых ижидких веществ, за исключением жидкого аммиака и водорода, При 273 К онаравна 75,3 Дж/(моль·К). Благодаря огромной теплоемкости воды океаны сглаживаютколебания температуры, и перепад температур от экватора до полюса в Мировомокеане составляет всего 30 К.

Удельная энтальпия плавления. Значение удельной энтальпии плавленияводы, равное 6,012 кДж/моль при 273 К, является наиболее высоким среди твердыхи жидких тел, за исключением аммиака и водорода. Благодаря высокой теплотеплавления на Земле сглаживаются сезонные переходы; весну и осень в средних ивысоких широтах можно рассматривать как сезон фазовых переходов воды.Сравнительно легко нагреваясь или охлаждаясь до 0 єС, вода, снег и лед дляперехода в другое агрегатное состояние требуют значительных расходов энергии,поэтому эти переходы обычно растягиваются во времени. Следует отметить,например, что при замерзании 1 м3 воды выделяется столько же тепла, сколькопри сжигании примерно 10 кг угля.

Удельная энтальпия испарения. Высокое значение удельной энтальпиииспарения, равное 40,683 кДж/моль при 373 К, приводит к тому, что большая частьсолнечной энергии, достигающей Земли, расходуется на испарение воды,препятствуя перегреву ее поверхности. При конденсации паров воды в атмосферепроисходит выделение этой энергии, которая может переходить в кинетическуюэнергию компонентов атмосферы, вызывая ураганные ветры.

Поверхностное натяжение. Аномально высокое поверхностное натяжениеводы, равное 71,9·10–3 Дж/м2 при 298 К, приводит к появлению ряби и волн наводной поверхности уже при слабом ветре. В результате этого резко возрастаетплощадь водной поверхности и интенсифицируются процессы теплообмена междуатмосферой и гидросферой.

8

С высоким поверхностным натяжением воды связаны и капиллярные силы,благодаря действию которых вода способна подниматься на высоту до 10…12 мот уровня грунтовых вод.

Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическая проницаемость водыимеет аномально высокое значение, равное 78,3 при 298 К. Это определяет самуюбольшую растворяющую способность воды по отношению к веществам с полярной иионной структурой. Поэтому в природе нет химически чистой воды, человек всегдаимеет дело с растворами. Даже самые чистые атмосферные осадки над Антарктидойсодержат до 5 мг/л растворенных солей. А содержание солей в дождевой воде врайонах с интенсивной вулканической деятельностью достигает 1000 мг/л.

1.3. Состав природных вод

Природные воды представляют собой дисперсные системы, в которыхдисперсионная среда – вода, а дисперсная фаза может быть представленнаяпримесями в различных состояниях. Вещества дисперсной фазы можноклассифицировать следующим образом.

1. Вещества, образующие при растворении в воде истинные растворы идиссоциированные в воде на ионы. Такие растворы образуют различные соли. Всоставе всех природных вод более 90% растворенных солей представлено одними итеми же анионами и катионами. Поэтому катионы Nа+, Са2+, Мg2+ и К+ называютглавными катионами, а анионы НСО3

–, SО42– и С1– – главными анионами

природных вод.2. Вещества, образующие в воде молекулярные растворы. Эти вещества

представлены растворенными в воде газами. В природной воде раствореныуглекислый газ (СО2), кислород (О2), сероводород (Н2S).

3. Вещества, являющиеся коллоидными примесями. Сюда относят бактерии,вирусы, алюмосиликаты, кремниевая кислота, гидроксиды металлов. Перечисленныехимические вещества образуют мицеллярные растворы. Например, кремниеваякислота: {(Н2SiO3)xnHSiO3

–(n–x)Na+}xNa+.4. Вещества, нерастворимые в воде, образуют группу дисперсных примесей. К

ним относятся трудно растворимые органические и неорганические вещества, атакже зоо- и фитопланктон.

1.4. Способы классификации природных вод

Один из самых распространенных способов классификации основан наразличиях в общем количестве растворенных неорганических и частичнорастворенных органических веществ, содержащихся в природных водах. Общееколичество растворенных веществ – минерализацию воды – принято определять помассе сухого остатка предварительно отфильтрованной и выпаренной пробыпосле высушивания до постоянной массы при температуре 105 єС. В настоящеевремя по величине минерализации природные воды принято делить на восемьвидов, или классов (табл. 1.2).

9

Хорошая питьевая вода содержит не более 0,5 г/л солей. Но в некоторыхрайонах для питья используют и воды, содержащие 1…3 г/л растворенных солей.Соленые воды с общей минерализацией 3…10 г/л пригодны только длянекоторых видов домашних животных (овец, верблюдов). Ультрапресные водыобладают способностью выводить соединения кальция из организма человека,поэтому к их использованию для питья следует подходить с осторожностью.

Таблица 1.2Классификация природных вод по значению минерализации [1]

Содержание солей, г/л Наименование водМенее 0,2 Ультрапресные0,2…0,5 Пресные0,5…1,0 С относительно повышенной минерализацией1…3 Солоноватые3…10 Соленые10…35 С повышенной соленостью35…50 Переходные к рассолам50…400 Рассолы

На различии преобладающих анионов и катионов основана классификацияприродных вод, предложенная О. А. Алекиным и названная его именем. Всоответствии с этой классификацией все воды делятся по преобладающемуаниону на три больших класса: карбонатные; сульфатные; хлоридные (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Классификация природных вод по О.А. Алекину

10

Класс гидрокарбонатных вод объединяет пресные и ультрапресные воды рек,озер и включает значительное количество подземных вод. Класс хлоридных водобъединяет воды морей, лиманов и подземные воды солончаковых районов.Сульфатные воды по распространению и минерализации занимаютпромежуточное положение между хлоридными и карбонатными водами.

Каждый класс подразделяют на три группы по преобладающему катиону(кальциевая, магниевая и натриевая группы).

Группы в свою очередь делятся на типы в соответствии с количественнымихарактеристиками ионов и катионов. Так, к первому типу относятся воды, вкоторых концентрация гидрокарбонат-ионов, выраженная в ммоль/л, больше, чемсуммарная концентрация катионов кальция и магния:

[НСО3–] > [Ca2+] + [Mg2+]. (1.1)

Воды этого типа слабо минерализованы, для них характерен избытокгидрокарбонат-ионов.

Воды второго типа характеризуются более высокой суммарной концентрациейгидрокарбонат- и сульфат-ионов, превышающей суммарную концентрациюкатионов кальция и магния, которая в то же время является более высокой, чемконцентрация одного гидрокарбонат-иона:

[НСО3–] + [SO4

2–] > [Ca2+] + [Mg2+] > [НСО3–]. (1.2)

К этому типу вод относятся подземные воды, а также воды рек и озер малой исредней минерализации.

Для воды третьего типа характерна более высокая концентрация ионов хлорапо сравнению с ионами натрия и, следовательно, суммарная концентрациякатионов кальция и магния, превышающая суммарную концентрациюгидрокарбонат- и сульфат-ионов:

[Сl–] > [Nа+] или [Ca2+] + [Mg2+] > [НСО3–] + [SO4

2–]. (1.3)Воды этого типа обычно сильно минерализованы.

Четвертый тип вод характеризуется отсутствием гидрокарбонат-ионов. Водыэтого типа являются кислыми и имеются только в классах хлоридных исульфатных вод.

Классификация О.А. Алекина, хотя и получила распространение, являетсядалеко не единственной системой, учитывающей химический состав природныхрастворов.

Так, классификация природных вод, разработанная В.И. Вернадским,является, пожалуй, одной из самых подробных. Все природные воды, по В.И.Вернадскому, следует разделить на три группы: воды в твердом состоянии, воды вгазообразном состоянии, жидкая природная вода.

В пределах групп он наметил деление на классы, «царства», «подцарства»,семейства и виды. В.И. Вернадский выделял 480 видов вод, но писал, что ихможет быть и значительно больше (до 1500 видов).

11

А.И. Перельман предложил обобщенную систему геохимическойклассификации природных вод, которая состоит из шести главных таксонов,каждый из которых определяется на основании особого критерия:

- группа – температура;- тип – окислительно-восстановительные условия, основные растворенные газы;- класс – щелочно-кислотные условия;- семейство – общая минерализация;- род – растворенное органическое вещество;- вид – основные катионы и анионы (кроме Н+ и ОН–).

1.5. Показатели качества воды и способы их определения

Выделяют физические, химические и бактериологические показатели качества воды.Физические и химические показатели качества воды характеризуют наличие либоиндивидуальных веществ, либо группы веществ, имеющих общие свойства.Бактериологические показатели используются для оценки загрязненности воды [2].

1.5.1. Физические показатели качества водыЗапах воды зависят от ряда причин: от газов, насыщающих воду, от

химического состава примесей, наличия в ней органических веществ.По характеру запахи делятся на две группы:1) запахи естественного происхождения (от отмирающих и живущих в воде

организмов, от влияния берегов, дна и т.д.);2) запахи искусственного происхождения (от промышленных сточных вод,

обработки воды реагентами на станциях).К первой группе относятся ароматический, болотный, гнилостный, древесный,

землистый, плесневый, рыбный, сероводородный запахи. К запахам второйгруппы относится фенольный, хлорный, аптечный.

Вкус и привкус воды зависят от содержания солей, различных органическихвеществ. Различают четыре основных вкуса воды: соленый, горький, сладкий,кислый. Все остальные характеристики вкусовые относят к привкусам.

Характер и интенсивность запаха и вкуса воды распознают органолептически.Интенсивность запаха и вкуса характеризуют по пятибальной системе,

приведенной в таблице 1.3.Цветность природной воды зависит от содержания в ней различных веществ,

в том числе гумусовых соединений. Цветность у воды может появится на стадииводоподготовки: при хлорировании вода приобретает желто-зеленый оттенок, апри озонировании – голубоватый. Цветность измеряют в градусах платиново-кобальтовой шкалы цветности путем сравнивания исследуемой воды с эталоном.

12

Таблица 1.3Характеристика запахов и вкусов воды

Баллы Интенсивность запаха

0 Нет никакого1 Очень слабый (обнаруживается только опытным наблюдателем)2 Слабый (ощущается потребителем, если обратить его внимание)3 Заметный (легко замечается)4 Отчетливый (вода неприятная для питья)5 Очень сильный (вода непригодна для питья)

Прозрачность воды зависит от количества и степени дисперсностинаходящихся в воде взвешенных веществ (глины, ила и органических взвесей).Прозрачность выражается в сантиметрах водяного столба, через который виднылинии толщиной в 1 мм, образующие крест (определение по кресту или шрифт№1 (по Снеллену).

При незначительном содержании взвешенных веществ в воде (менее 2 мг/л)определяется ее мутность (мг/л). При наличии в воде большого количествавзвешенных веществ их определяют весовым путем.

Существуют также методы определения прозрачности имутности воды поспециальным шкалам.

1.5.2. Химические показатели качества воды

1.5.2.1. Активная реакция водыАктивная реакция воды, то есть степень ее кислотности или щелочности

характеризуется количественно концентрацией водородных ионов.Отрицательный логарифм концентрации водородных ионов принято обозначатьрН. Для химически чистой воды при температуре 22 єС рН равном 7 – нейтральная реакция, при рН меньше 7 – кислая, при рН больше 7 – щелочная.

Для определения рН могут быть использованы два метода:колориметрический и электролитический.

Активная реакция природных вод определяется углекислотным равновесиемравновесием.

Дело в том, что в соответствии с необходимостью соблюденияэлектронейтральности растворов в природных поверхностных водах выполняетсяравенство:[Na+] + [K+] + 2[Ca2+] + 2[Mg2+] + [H+] = [Cl–] + [HCO3

–] + 2[CO32–] + 2[SO4

2–]. (1.4)При отсутствии процессов растворения и образования новых фаз ионы Na+,

К+, Са2+, Cl–, SO42– не будут оказывать влияния на рН образующихся растворов.

Кислотно-основное равновесие будет определяться присутствием ионов HCO3– и

CO32–. Поэтому для большинства природных вод концентрация ионов водорода

13

определяется содержанием гидрокарбонат- и карбонат-ионов. В этих растворахпри рН 7 будет соблюдаться равенство:

[H+] = [HCO3–] + 2[CO3

2–] + [ОН–]. (1.5)Таким образом, неорганические соединения углерода, находящиеся в

природных водах в виде производных угольной кислоты, тесно взаимосвязаныдруг с другом и образуют карбонатную систему.

В контакте с водой диоксид углерода растворяется до наступленияравновесия:

Н2O (1.6)CO2(г.) (р-р)CO2 Н2СO3 .

Углекислота встречается в больших или меньших количествах во всехприродных водах. Подземные воды обогащаются углекислотой за счетразложения органических соединений в воде и почвах, а также вследствиепротекающих в глубине геохимических процессов.

Угольная кислота диссоциирует по первой ступени с образованием ионовводорода и гидрокарбоната:

(1.7)Н2СO3 .НСО3 Н

Диссоциация угольной кислоты по второй ступени протекает значительнослабее и приводит к появлению карбонат-ионов:

(1.8)НСO3 .СО3 Н2

Находящиеся в воде ионы НСО3–, СО3

2– и углекислый газ связаны такназываемым углекислотным равновесием:

Н2O (1.9)CO2 Н2СO3 .Н НСО3 СО3Н2

2

Уменьшение содержания СО2 в природных водах может происходитьблагодаря выведению углекислоты в атмосферу, растворению карбонатных породс образованием бикарбонатов или в результате фотосинтеза.

Содержание углекислоты в природных водах колеблется от нескольких долейдо сотен миллиграммов в 1 л. Наибольшее количество ее находится в подземныхводах. В воде поверхностных источников содержание СО2 не превышает20…30 мг/л.

В зависимости от величины рН воды углекислота встречается в ней всвободном (в виде углекислого газа СО2) или в связанном состояниях (в видебикарбонат-ионов и карбонат ионов). При рН < 4 бикарбонат-ионы в водеотсутствуют и вся углекислота находится в виде углекислого газа. При рН 8,4 вводе содержатся преимущественно ионы НСО3

–, а при рН > 10,5 – только ионыСО3

2– (рис. 1.2).Ионы бикарбоната – наиболее распространены в природных водах. В

некоторых случаях содержание их достигает 1200 мг/л. Для поддержания

14

высоких концентраций ионов бикарбоната необходимо большое количество СО2.Однако это не реально в поверхностных водах, поэтому в реках и пресных озерахсодержание НСО3

– не превышает 300 мг/л.

15

Рис. 1.2. Зависимость содержания отдельных компонентов карбонатнойсистемы от рН раствора (распределительная диаграмма)

Наиболее устойчивы в речной воде ионы НСО3– с концентрацией 50…70 мг/л.

Содержание СО32– ионов в воде, за исключением содовых вод, невелико и

определяется растворимостью карбоната кальция.Карбонаты широко распространены как в донных отложениях морей и

океанов, так и на поверхности материков. Мощные толщи известняков, мергелейи других карбонатных пород встречаются практически повсеместно. Среди солейугольной кислоты (карбонатов) наиболее распространенным в природе являетсякарбонат кальция.

Карбонат кальция в природе встречается в виде двух кристаллических форм – кальцита и арагонита. Кальцит (кристаллы ромбоэдрической формыгексагональной сингонии) распространен значительно шире и наиболеехарактерен для осадков, образующихся в холодной среде. Арагонит(орторомбоэдрическая форма), образующийся в тропических морях, относится кметастабильной форме карбоната кальция и постепенно переходит в кальцит.

Процесс непосредственного растворения карбоната кальция по уравнению

(1.9)СаСO3 СО32

Са2

практически не играет роли при переходе малорастворимых карбонатов враствор. Соли угольной кислоты в природных водоемах могут переходить враствор и существовать в нем в заметных количествах только при наличиирастворенного диоксида углерода:

(1.10)СаСO3 НСО3Са 2СО2 2 .

16

Образующиеся при этом анионы включаются в общую систему карбонатныхравновесий, существующую в природных водах, и оказывают существенноевлияние на рН растворов.

При наличии ионов Са2+ углекислотное равновесие выражается уравнением

(1.11)СаСO3НСО3Са2 СО22 .Н2О

По закону действующих масс константа равновесия этой реакции:

[ ][ ][ ][ ][ ]2

32

223

НСОСа

ОНСОСаСОК

−+= . (1.12)

Если учесть, что концентрации [Н2О] и [СаСО3] – постоянные величины имогут быть введены в константу, а [Са2+] = 2[НСО-

3], то

[ ][ ]3

3

21

НСО

СОК−

= . (1.13)

Из этого выражения видно, что бикарбонат-ионы существуют в растворетолько при наличии свободной углекислоты. Часть свободной углекислоты,находящейся в равновесии с бикарбонатами, называется равновесной. Она как бысвязана с бикарбонатами и поэтому не вступает в химические реакции.

Избыточная свободная кислота в отличие от равновесной активна и носитназвание агрессивной. Однако не вся она агрессивна: одна часть избыточнойсвободной углекислоты, действуя на углекислый кальций, превращает его вбикарбонат, а другая часть идет на увеличение количества равновеснойуглекислоты для удержания в растворе вновь образовавшихся количествбикарбоната.

В водах открытых водоемов из-за низкого содержания углекислоты в воздухеприсутствие агрессивной углекислоты маловероятно. В подземных водахсодержание агрессивной углекислоты иногда бывает весьма значительным.

При увеличении в воде концентрации бикарбонатов количество необходимойравновесной углекислоты значительно повышается. Следовательно, вероятностьагрессивной углекислоты больше для мягких, чем для тяжелых вод.

При оценке агрессивности воды наряду с концентрацией агрессивнойуглекислоты следует учитывать солевой состав воды в связи с тем, чтоуглекислотное равновесие зависит от общего содержания солей.

При увеличении содержания солей в воде количество свободной углекислоты,необходимое для поддержания углекислотного равновесия, уменьшается.Поэтому при одном и том же содержании свободной углекислоты вода приналичии большего количества солей будет более агрессивной.

Значительное нарушение углекислотного равновесия воды происходит приочистке природных вод коагулированием, так как введение каждого миллиграммабезводного сульфата алюминия или хлорного железа сопровождается выделением0,8 мг свободной углекислоты [2].

17

Агрессивные свойства углекислоты основаны на ее способностивзаимодействовать с карбонатными породами и переводить их в нерастворимые вводе бикарбонаты, а также на некотором снижении рН среды, в результате чегоусиливается электрохимическая коррозия некоторых металлов, например железа.

Действие углекислоты на бетон сводится к растворению извести цемента, чтозначительно ослабляет прочность бетона. Удаление извести нарушает равновесиеи приводит к разложению других составных частей цемента, в частностисиликатов и алюминатов кальция. На этом же процессе основано и коррозионноедействие воды, содержащей углекислоту, по отношению к металлическимтрубам.

Стабильной называют воду, не вызывающую коррозии поверхностей, скоторыми она соприкасается, и не выделяющую на этих поверхностях осадкакарбоната кальция.

Стабильность воды – один из основных показателей ее качества.Нестабильными бывают как природные воды, так вода после ее обработки наочистных сооружениях. Обесцвеченную и осветленную на очистныхсооружениях воду нельзя считать удовлетворительной по качеству, если, проходяпо водопроводной сети, она приобретает окрасу или дает осадок.

Нарушение стабильности воды может быть вызвано наличием раствореннойуглекислоты или кислорода, низким рН, пересыщенностью ее карбонатомкальция или гидроокисью магния, повышенной концентрацией сульфатов либохлоридов.

Величиной, характеризующей это свойство, служит показательстабильности, С. Существует два метода определения величины С: основной ивспомогательный. По первому способу показатель стабильности находят извыражения:

нас

факт

ЩЩ

С = , (1.14)

где Щфакт – фактическая щелочность в естественном состоянии, мг-экв/л, Щнас –щелочность воды после встряхивания ее карбонатом кальция, мг-экв/л.

При взбалтывании воды, содержащей агрессивную углекислоту с карбонатомкальция, последний растворяется, переходя в бикарбонат кальция, в результатечего щелочность и рН воды повышаются. Если же вода пересыщена карбонатомкальция, то он отлагается, то он отлагается на зернах введенного в воду передначалом взбалтывания карбоната кальция; рН и щелочность воды при этомпонижаются.

По второму способу показатель стабильности находят из выражения:

нас

факт

рНрН

С = , (1.15)

где рНфакт – фактическое значение рН исследуемой воды, определенноеизмерением, рНнас – рН воды, соответствующее предельному насыщению ее

18

карбонатом кальция.При С > 1 вода нестабильна и способна к отложению карбоната кальция, при

С < 1 вода также нестабильна и характеризуется коррозионной способностью.Показатель стабильности, подсчитанный по приведенным формулам и равныйединице, указывает на стабильность воды.

Для поверхностных водоемов, находящихся в равновесии с карбонатом кальция(кальцитом) и диоксидом углерода, содержащимся в атмосферном воздухе, рНводы должен составлять 7,3…8,4.

Выпадение атмосферных осадков с повышенным содержанием ионов водорода поотношению к равновесному может привести к серьезным изменениям в состоянииповерхностных водных систем озера и пруда. Можно условно выделить три стадиипроцесса их закисления.

В нормальном водоеме, несмотря на поступление кислых осадков, рН практическине меняется. Гидрокарбонат-ионы, присуттвующие в поверхностных водоемах,успевают полностью нейтрализовать поступающие ионы Н+:

HCO3 Н2O (1.16)CO2 .Н

Так продолжается до тех пор, пока общая щелочность воды в водоеме не упадетпримерно в 10 раз, до величины менее 0,1 ммоль/л. Это может произойти, например,при нарушении контакта данной воды с карбонатными породами. Такой водоемнаходится на первой стадии закисления. В этом случае в период наиболееинтенсивного поступления кислых вод в водоем (осень – обильные дожди – и, особенно,весна – таяние снега) возможны значительные отклонения в величине рНповерхностных водоемов. Эти отклонения не носят ярко выраженного характера, и спрекращением интенсивного поступления кислых осадков водоем переходит вобычное состояние: рН поднимается до первоначальных значений. Необходимоотметить, однако, что даже эти кратковременные изменения чрезвычайно опасны дляводных экосистем, поскольку их сроки совпадают с периодами размножения отдельныхвидов водных организмов. В этом случае изменение рН может привести к нарушениюрепродуктивных функций отдельных организмов или нарушить процессвоспроизводства для определенных популяций. На первом этапе закисления, например,могут погибнуть все земноводные организмы, икра и молодь, которые особенночувствительны к изменениям рН.

На второй стадии закисления водоема рН воды обычно не поднимается выше 5,5 втечение всего года (отсутствует контакт с карбонатными породами); о таких водоемахобычно говорят как об умеренно кислых. На этой стадии закисления происходятзначительные изменения в видовом составе живых организмов.

На третьей стадии закисления рН водоемов стабилизируется на значениях меньше5 (обычно рН 4,5), даже если атмосферные осадки имеют более высокие значения рН.Это связано с присутствием гумусовых веществ и соединений алюминия в водоемах ипочвенном слое. Гумусовые соединения в основном представлены в водоемахрастворами слабых органических кислот, имеющими рН меньше 5. Связывая иливыделяя ионы Н+, эти кислоты стабилизируют значение рН в водоеме. Этому

19

способствуют и соединения алюминия, практически всегда присутствующие впочве. При растворении или оседании соединений алюминия также происходитсвязывание или выделение ионов водорода.

Как известно, ионы алюминия обладают токсичным действием. Одним изнаиболее распространенных соединений алюминия является Al(OH)3. В водемогут присутствовать различные алюминий-содержащие ионы, из которыхнаиболее важны Al3+, Al(OH)2

+, Al(OH)–. Каждый из них преобладает приопределенных значениях рН. При низких значениях рН меньше 4,5 в растворахпреобладают ионы Al3+ и процесс растворения можно представить уравнением:

Al(OH)3 (1.17).Н3 Al3 3H2O

При рН 5,6 в растворе преобладают ионы Al(OH)2+ и уравнение растворения

гидроксида алюминия можно записать:

Al(OH)3 (1.6).Н Al(ОН)2 H2O

При рН более 7 преобладает Al(OH)– и уравнение процесса может бытьзаписано в виде:

Al(OH)3 (1.19).Al(ОН)4 HH2O

Таким образом, при закислении водоема содержание ионов Al3+

увеличивается, что совместно со снижением рН представляет серьезнуюопасность для рыбы и других форм аквафлоры.

1.5.2.2. Жесткость природной водыКогда природная вода протекает через почвенные слои, легко растворимые

соли экстрагируются из почвы в воду, обуславливая тем самым жесткостьводы. В основном жесткость природных вод характеризует содержание в нихионов Ca2+ и Mg2+ (до некоторой степени также Fe2+, Fe3+). Общая жесткостьколичественно выражается числом миллиграмм-эквивалентов растворимых солейкальция и магния в 1 л воды:

V)Э(Mg)m(Mg

V)Э(Ca)m(CaЖ 2

2

2

2

О ⋅+

⋅= +

+

+

+

, (1.20)

где m – масса катиона, г, Э – молярная масса эквивалентов соответствующегокатиона, г/мг-экв, V – объем воды, л. Таким образом, общая жесткость водыскладывается из кальциевой и магниевой жесткости.

Выделяют также карбонатную жесткость, обусловленную содержаниемгидрокарбонатов кальция и магния, и некарбонатную, обусловленнуюсодержанием сульфатов, хлоридов, бисиликатов и т. д. кальция и магния. Принагревании воды нарушается карбонатное равновесие (уменьшается содержаниеСО2), вследствие чего гидрокарбонаты переходят в карбонаты:

20

Ca(HCO)3 CaCO3 H2O (1.21)CO2 .

Растворимость карбонатов кальция и магния значительно меньше, чемгидрокарбонатов, поэтому при нагревании жесткость воды снижается. Этимпроцессом пользуются при умягчении воды кипячением. Отметим, что прикипячении удаляется не вся карбонатная жесткость воды, поскольку карбонаты,хотя и незначительно, но все же растворимы в воде. При нагревании удаляетсячастично и кальциевая некарбонатная жесткость, обусловленная сульфатомкальция, так как снижается растворимость сульфата кальция (гипса). Жесткость,удаляемая кипячением, называется устранимой или временной. Разность междукарбонатной и устранимой жесткостью называют остаточной. Постояннаяжесткость – это жесткость не устранимая кипячением. Сумма временной ипостоянной жесткости представляет собой общую жесткость воды.

Карбонатную жесткость, обусловленную присутствием в воде бикарбонатовкальция и магния, определяют титрованием пробы соляной кислотой вприсутствии метилового оранжевого. Общую жесткость определяюттрилонометрическим титрованием в щелочной среде. Определению общейжесткости мешают ионы марганца, меди, цинка, высокое содержание углекислыхи двууглекислых солей. Мешающее влияние устраняют в ходе анализа.Например, марганец, окисляясь на воздухе, мешает определению; внешне этовыражается в том, что раствор постепенно обесцвечивается, приобретая серыйцвет. Чтобы препятствовать окислению добавляют восстановители, например,гидроксиламин солянокислый.

Некарбонатную жесткость определяют по разности между общей жесткостьюи карбонатной. Устранимую жесткость определяют по разности содержаниябикарбонат ионов до и после кипячения.

1.5.2.3. Щелочность

Одной из важнейших особенностей большинства природных вод являетсяспособность нейтрализовать ионы водорода. Эта способность называетсящелочностью воды и определяется экспериментально при титровании пробыводы сильной кислотой, обычно HCl в присутствии фенолфталеина (рН переходаокраски – 8,3) и затем метилоранжа (рН перехода окраски – 4,5).

Основными компонентами, ответственными за процессы связывания ионовводорода, в большинстве природных вод являются ионы НСО3

–, СО32– и ОН–.

Другие ионы, источниками которых могут служить органические кислоты,фосфаты, бораты и т. д., вносят лишь незначительный вклад в процессынейтрализации ионов водорода и начинают играть определенную роль лишь послесвязывания гидрокарбонат-ионов.

Основные химические реакции, протекающие в водоеме при нейтрализации ионовводорода, можно представить следующими уравнениями:

21

HCO3 Н2O (1.21)CO2 .Н

CO3(1.22).Н2 НСО3

ОН (1.23).Н Н2О

При экспериментальном определении щелочности на первом этапе (до рНперехода 8,3) связываются все ионы гидроксила, и практически все ионыкарбоната переходят в гидрокарбонат ион. Израсходованное при этом количествокислоты соответствует карбонатной щелочности воды. В дальнейшем прититровании пробы (до рН перехода 4,5) связываются практически всегидрокарбонат-ионы (и присутствовавшие в воде первоначально, и образовавшиесяпри титровании карбонат ионов). Поэтому суммарный расход кислоты (израсхо-дованной до рН 4,5) эквивалентен содержанию ионов НСО3

–, 2СО32– и ОН– и

представляет общую щелочность воды. Таким образом, численное значениещелочности можно определить как сумму концентраций ионов НСО3

–, ОН– иудвоенной концентрации ионов 2СО3

2–:Щ = [НСО3

–] + 2[СО32–] + [ОН–], (1.24)

где Щ – общая щелочность воды, моль/л.Если рН водной пробы еще до титрования ниже 4,5, то о такой воде говорят

как о воде с нулевой щелочностью.Необходимо четко представлять себе разницу между основностью и

щелочностью раствора. Основность раствора характеризует лишь концентрациюионов гидроксила в данный момент времени. Щелочность же показывает как бырезервную емкость воды. Так, например, раствор, содержащий 0,001 моль/лNаОН, будет иметь рН 11 и общую щелочность, равную концентрации гидроксид-ионов 0,001 моль/л. В то же время раствор, содержащий 0,1 моль/л NаНСОз,будет иметь более низкое значение рН (рН 8,3), но его щелочность, которая будетопределяться в основном концентрацией гидрокарбонат-ионов, будет в 100 разбольше, чем у раствора NаОН с концентрацией 0,001 моль/л.

Величина щелочности природных вод имеет большое значение и с точки зренияфотосинтеза, протекающего в водоемах. В упрощенном виде процесс фотосинтезаможет быть представлен следующим образом:

(1.25)СО2 Н2О СН2О О2 ,hv

(1.26)НСО3 Н2О СН2О О2hv

ОН .

Следовательно, при связывании углерода и синтезе органических соединений вслучае отсутствия дополнительного поступления диоксида углерода возрастает рН

22

раствора, а количество синтезируемых органических соединений зависит отсодержания СО2 и НСО3

– в растворе, или от его щелочности.Иногда в природных водоемах в связи с бурным протеканием процессов

фотосинтеза и недостаточной скоростью поступления диоксида углерода рНподнимается до 10 и выше. Такие высокие значения рН, как и закисление,отрицательно сказываются на развитии водных экосистем.

1.5.2.4. Окисляемость. ХПК. БПКОкисляемостью называется величина, характеризующая общее содержание в

воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих ссильными окислителями. Результаты определения окисляемости обычновыражают в миллиграммах кислорода, эквивалентного расходу окислителя на 1 лпробы.

Метод определения окисляемости основан на окислении веществ,присутствующих в пробе воды, 0,1 Н раствором перманганата калия всернокислой среде при кипячении.

Перманганат-ион в сильнокислых растворах реагирует с присутствующими вводе восстановителями, восстанавливаясь при этом до иона двухвалентногомарганца:

MnO4 8H 5e Mn2 4H2O (1.27).

Избыток марганцевокислого калия реагирует с вводимой в раствор щавелевойкислотой:

(1.28)4H2OMn216H2MnO4 5C2O42 10CO2 .

Не вступившая в реакцию щавелевая кислота оттитровывается перманганатомкалия по приведенному уравнению.

Перманганатный метод применим для определения окисляемости питьевых,поверхностных и малозагрязненных сточных вод.

Для определения окисляемости сточных вод, содержащих трудноокисляемыевещества, и поверхностных вод, загрязненных этими веществами рекомендуетсябихроматный метод. Определенную этим методом окисляемость называютхимическим потреблением кислорода (ХПК).

Количество кислорода, израсходованного в определенный интервал времениаэробным биохимическим разложением органических веществ, содержащихся висследуемой воде, называется биохимическим потреблением кислорода.

Определение производится в первоначальной или соответственноразбавленной пробе по разнице между содержанием кислорода до и послеинкубации при стандартных условиях, заключающихся в следующем.

1. Пятисуточная инкубация при температуре +20 єС, без доступа воздуха.2. Соответствующее разбавление пробы разбавляющей водой, чтобы

снижение кислорода было на 2 мг/л больше, а остающаяся концентрация

23

кислорода спустя пять дней составляла не менее 3 мг/л. Наиболее правильнымрезультатом является 50%-ное потребление кислорода на 5 суток.

3. Проба должна быть в начале опыта насыщена кислородом до концентрации8…9 мг/л.

1.6. Вопросы для самоконтроля1. По каким признакам классифицируют природные воды? Дайте

характеристику каждому способу классификации.

2. Перечислите физические показатели качества воды и способы ихопределения.

3. Что такое жесткость воды? Какие виды жесткости воды существуют?Напишите химические реакции, лежащие в основе методов определенияжесткости воды.

4. Что такое стабильность воды? Как ее оценивают? Запишите углекислотноеравновесие для природных вод.

5. Чем обусловлено закисление природных вод?6. Как связаны между собой жесткость воды и щелочность?7. Что такое окисляемость? Как определяют окисляемость? Напишите

реакции, лежащие в основе методов определения окисляемости.

2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГИДРОСФЕРЫ

2.1 Элементы водной токсикологии

Токсические вещества поступают в водную среду из естественных иантропогенных источников. К естественным источникам следует отнестивулканическую активность, разрушение горных пород, выделение продуктовжизнедеятельности различных организмов. Надо сказать, что ассортиментзагрязняющих веществ биогенного происхождения разнообразен и необычайноширок. Водные организмы синтезируют разнообразные антибиотики, алкалоиды,галогенсодержащие соединения жирного и ароматического ряда.

К антропогенным источникам относят результаты человеческойдеятельности. При этом антропогенное загрязнение может быть первичным ивторичным. Первичное загрязнение обусловлено ухудшением качества воднойсреды за счет непосредственных поступлений загрязняющих веществ изантропогенных источников. Вторичное же загрязнение вызывается появлениемизбыточных количеств продуктов жизнедеятельности и остатков: гидробионтов,обусловленных нарушением экологических равновесии вследствие первичногозагрязнения. Антропогенное загрязнение условно можно разделить натоксическое и, так называемое, эвтрофирующее. Последнее связано споступлением избытка биогенных элементов, которые могут не оказыватьпрямого токсического действия на водные организмы. Обычно это загрязнение

24

стимулирует развитие тех или иных групп гидробионтов, в результате чегонарушается экологическое равновесие и происходит вторичное загрязнение.Эвтрофикационное загрязнение обычно вызывается сельскохозяйственнымистоками и отходами отраслей, перерабатывающих биологическое сырье.Токсическое загрязнение связано с появлением в водоемах веществантропогенного происхождения, которые уже в малых концентрациях являютсяядами для большинства водных организмов.

В плане рассмотрения вопросов, связанных с водной токсикологией, кажетсяцелесообразным остановиться несколько подробнее на процессах загрязненияорганическими веществами (пестицидами, нефтепродуктами, ПАВ) инеорганическими веществами (тяжелыми металлами и неорганическимианионами). Надо сказать, что эти загрязнения в общей своей массе локализуютсяв поверхностной пленке толщиной в несколько десятков микрон.

Активность накопления различных веществ из окружающей средывыражается соответствующими коэффициентами. Так, отношение содержаниявещества в тканях гидробионтов к концентрации его в воде называетсякоэффициентом накопления. Например, в дафниях коэффициент накоплениябензопирена составляет 13000, ДДТ – 23000, метилртути – 4000 [3]. Для оценкиизбирательности накопления двух веществ используется так называемыйкоэффициент дискриминации, представляющий собой отношениекоэффициентов накопления двух веществ.

2.2 Загрязнение водных объектов пестицидами

Пестициды (от лат. pestis – зараза и caedo – убиваю, ядохимикаты) – этоширокая группа химических веществ, обладающих токсическими свойствами поотношению к тем или иным живым организмам – от бактерий и грибков дорастений и вредных теплокровных животных. Пестициды используются дляборьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителямихранящейся сельскохозяйственной продукции, с эктопаразитами у домашнихживотных, а также с переносчиками опасных заболеваний человека и животных.К пестицидам также относятся химические средства стимулирования ростарастений (ауксины, гиббереллины, ретарданты) и его торможения, препараты дляпредуборочного удаления листьев и подсушивания растений.

Принят несколько классификаций пестицидов по различным признакам.1) Пестициды классифицируют по назначению.Гербициды – препараты для борьбы с сорняками, для подавления их роста.Инсектициды – средства для борьбы с насекомыми-вредителями.Фунгициды – средства, убивающие грибы и их споры.Специфические пестициды, к которым относятся:

бактерициды – применяются против бактериальных инфекций;ратициды – уничтожают крыс, мышей, сусликов;зооциды – уничтожают животных;

25

афициды – для борьбы с тлёй;акарициды – против клещей;лимациды – для борьбы с моллюсками;нематоциды – для борьбы с круглыми червями;граминициды – уничтожают нежелательные злаки;арборициды – уничтожают древесную и кустарниковую растительность;реппеленты – используются для отпугивания животных;аттрактанты – для привлечения животных;хемостерилизаторы – для стерилизации животных;дефлоранты – для удаления цветов и завязей;дефолианты – химические препараты, вызывающие старение листьев иискусственный листопад, что ускоряет созревание и облегчает уборку, восновном хлопчатника;десиканты – химические препараты, вызывающие обезвоживание тканейрастений, что ускоряет их созревание и облегчает уборку урожая, восновном хлопчатника, риса, клещевины, картофеля.

2) Пестициды классифицируют по химическому составу.Хлорпроизводные углеводороды, которые обычно слабо растворимы в воде,

очень устойчивы ко всем видам разложения и могут сохраняться в почведесятилетиями, аккумулируясь при систематическом применении. К нимотносятся:

H

Cl ClC

CCl

4,4-дихлордифенилтрихлорметил (ДДТ),

Cl

Cl

ClCl

Cl

Cl

1, 2, 3, 4, 5, 6-гексахлоциклогексан.

Фосфорорганические соединения (ФОС) (карбофос, фосфамид, метафос,амифос и др.) в почве и других природных средах распадаются сравнительнобыстро. При этом они отличаются высокой эффективностью и избирательностьюдействия и их применение весьма перспективно. К ним относятся:

26

NO2OP

S

O C2H5

OC2H5O

тиофос,

SP

S

O CH3

OCH3O CH

CH2 C

C

O

O

OC2H5

OC2H5

карбофос,

OP

S

O

OC2H5 CH

C2H5

CCl2

дихлофос.

Производные карбоматов – сложные эфиры карбаминовой кислоты. Широкоиспользуются в современном сельском хозяйстве. Отличаясь высокойтоксичностью для отдельных видов насекомых, эти препараты почти полностьюбезвредны для теплокровных животных и человека. Например,

O C

O

NHCH3

1-нафтил-N-метилкарбамат (севин).

27

Производные хлорфеноксикислот – производные простых органическихкислот (уксусной, масляной, пропионовой). К ним относятся:

Cl

Cl

O CH2 COOH

2, 4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-D),

Cl

Cl

O CH2 COOH

Cl

2, 4, 5-трихлорфеноксиуксусная кислота (2, 4, 5-D).

3) Пестициды классифицируют по характеру действия:Сплошные – действующие на все виды растений и использующиеся для

уничтожения нежелательной растительности вокруг промышленныхпредприятий, на обочинах дорог, лесных вырубках, в канавах и водоемах и т.п.

Избирательные (селективные) – опасные для определенных видоврастительности и используемые для уничтожения сорняков в агроценозах.

4) Пестициды классифицируют по токсичности (при однократномпоступлении в организм).

Сильнодействующие – с величиной средней летальной дозы (ЛД50) до 50мг/кг.

Высокотоксичные – с величиной ЛД50 50…200 мг/кг.Среднетоксичные – с величиной ЛД50 200…1000 мг/кг.Малотоксичные – с величиной ЛД50 более 1000 мг/кг.5) По кумулятивным свойствам пестициды делятся на обладающие:сверхкумуляцией – коэффициент кумуляции менее 1;выраженной кумуляцией – коэффициент кумуляции 1…3;умеренной кумуляцией – коэффициент кумуляции 3…5;слабовыраженной кумуляцией – коэффициент кумуляции более 5,

где коэффициент кумуляции – отношение суммарной дозы препарата примногократном введении к дозе, вызывающей гибель животных при однократномвведении [4].

Пестициды – это яды, которые поражают не только животных вредителей,растений-сорняков и возбудителей болезней культурных растений, но и многихполезных животных и растений, а также представляют серьёзную опасность длячеловека, нарушая обмен веществ, повреждая структуры клеток, в том числе

28

аппарат наследственности. Результаты исследований по воздействию пестицидовсвидетельствуют об их мутагенном, канцерогенном, гонадотоксическом итерратогенном действии на животных и человека. Многие пестициды проникаютв организм на ранних этапах эмбрионального развития. Они могут накапливатьсяв репродуктивных органах, оказывать воздействие на генеративную функцию,что фиксируется при изучении потомства по возрастанию погибших эмбрионов,появлению врождённых уродств. Рассмотрим воздействие на организм человекаДДТ.

ДДТ был первым из множества пестицидов, при помощи которых людинадеялись улучшить качество своей жизни. Учёные до сих пор пытаются понять,каким образом он вызывает широкое и неожиданное воздействие наокружающую среду и здоровье человека.

ДДТ широко использовали по всему миру в 1950 – 60-е годы, как в сельскомхозяйстве, так и для борьбы с малярией. В связи с воздействием ДДТ напопуляции диких животных и птиц (особенно хищных), в 1970-е годы многиестраны постепенно отказались то применения ДДТ. В некоторых регионах мирапродолжали использовать этот пестицид для борьбы с малярией, хотя внастоящее время многие страны используют комплекс других мер контроля зазаболеванием.

ДДТ впервые синтезировали в 1874 году, а в 1930-х годах швейцарский химикПауль Мюлллер открыл возможность его использования в качестве инсектицида.Он оказался настолько эффективным в здравоохранении и военной гигиене(преимущественно в качестве дезинсектанта против вшей), что в 1948 годуМюллеру была присуждена Нобелевская премия в области медицины ифизиологии.

Во времена Второй Мировой войны солдат и население обрабатывалипорошком ДДТ для предупреждения болезней (сыпной тиф), которые передаютсянасекомыми (вшами). В результате это была первая из войн, в которой от тифапогибло меньше людей, чем от пуль противника.

На протяжении 1950 – 60-х годов ДДТ активно использовался в сельскомхозяйстве для защиты полей от насекомых. В это время он рассматривался какчудо в борьбе против переносчиков таких болезней, как малярия и энцефалит.Использование ДДТ против комаров-переносчиков малярии резко снизилосмертность от этого заболевания. Если ещё в 1948 году только в Индии погиблоот малярии более трёх миллионов человек, то в 1965 году в этой стране не былозарегистрировано ни одного случая малярии. В Греции в 1938 году был одинмиллион больных малярией, а в 1959 году всего 1200 человек.

Именно благодаря ДДТ удалось спасти миллионы жизней, и именно за этоМюллер по праву получил Нобелевскую премию. В своё время Всемирнаяорганизация здравоохранения утверждала, что недостаточное количество ДДТявляется угрозой здоровью общества. Однако, спустя 2…3 десятилетия,выявилось и негативные экологические последствия использования ДДТ и другихпестицидов.

29

Впервые негативные последствия применения ДДТ были обнаружены в штатеФлорида, где орнитолог-любитель, с 1939 года наблюдавший за поведениеморлов, в 1947 году обратил внимание на неудачные попытки птиц обзавестисьпотомством и их необычное брачное поведение. На другом побережье США былизарегистрированы нарушения репродуктивной функции чаек. Эти явлениясвязывали с воздействием ДДТ. В 80-е годы негативное воздействие ДДТ и др.хлорорганических пестицидов проявилось также в нарушении репродуктивногоздоровья аллигаторов озера Алопка. В крови самцов крокодилов было менееполовины нормального уровня мужского гормона тестостерона.

ДДТ, как и некоторые другие СОЗ (стойкие органические загрязнители),распространяются в окружающей среде всего земного шара, даже пингвиныАнтарктиды содержат в своём теле ДДТ. Особое беспокойство вызывает ихнакопление в окружающей среде Арктики – одной из наиболее ранимыхэкосистем.

Из-за широкого спектра воздействия ДДТ вместе с вредными насекомымиуничтожились и полезные. А устойчивость приводила к тому, что ДДТнакапливался в пищевых цепях и оказывал губительное воздействие на ихверхние звенья. Дальнейшие исследования показали, что ДДТ оказывает влияниепрактически на все живые организмы. Он накапливается в тканяхмлекопитающих и является канцерогеном, мутагеном, эмбриотоксином,нейротоксином, иммунотоксином, изменяет гормональную систему, вызываетанемию, болезни печени.

ДДТ сильно влияет на птиц, приводя к утончению скорлупы, препятствуя темсамым нормальному выведению птенцов, уменьшает воспроизводство у рыб измей.

При исследовании экосистемы озера Мичиган была обнаружена следующаяградация накопления ДДТ в пищевых цепях: в донном иле озера – 0,014 мг/кг, вракообразных, питающихся на дне – 0,4 мг/кг, в различных рыбах – 3…6 мг/кг, вжировой ткани чаек, питающихся этой рыбой – свыше 200 мг/кг.

Один из наиболее ярких примеров простой пищевой цепи с участием ДДТописан Рэчел Карсон. Для уничтожения гриба-возбудителя голландской болезнивязов- парковые насаждения обрабатывали ДДТ. Остатки осевшего на деревьяхДДТ попадали затем с дождевой водой или с опавшей листвой в почву илилистовую подстилку. Там ДДТ поглощали дождевые черви. Затем ДДТ попадал ворганизм перелетных дроздов, которые в основном питаются дождевымичервями. Это не всегда приводит к гибели птиц, но вызывает у них нарушениеспособности к размножению. Они становятся стерильными или откладываютбесплодные яйца, или умирают их птенцы, особенно если их родители кормят ихдождевыми червями. Поэтому борьба с голландской болезнью вязов с помощьюДДТ привела почти к полному исчезновению перелетных дроздов назначительной части территории США.

ДДТ находят в жировых тканях человека, в грудном молоке кормящихматерей, он может попадать в систему кровообращения. Было установлено, что в

30

грудном молоке кормящих матерей в США содержатся в 4 раза больше ДДТ, чемдопускается санитарными нормами для коровьего молока.

Остаточные концентрации ДДТ и его метаболитов были обнаружены вобразцах человеческой крови, сыворотки и грудного молока во многих странахмира. В настоящее время ДДТ можно обнаружить в крови и тканяхноворожденного ребенка в любой точке планеты. Обнаруживаемые уровни ДДТ ворганизме человека в последнее время значительно сократились в тех странах,где применение этого вещества было запрещено (особенно в странах, где этотпестицид широко использовали в сельском хозяйстве в 1950 – 1960-е гг.).

В настоящее время в большинстве стран введен запрет на применение ДДТ.Последовательность введения запрета была следующая: Новая Зеландия, СССР,Венгрия, Швеция, Дания, Финляндия, далее прочие страны. Однако запрет наприменение ДДТ существует не во всех странах. Кроме того, во многих странахимеются солидные запасы ДДТ.

В СССР активное производство и использование ДДТ началось в 1946 – 1947 гг., когда были построены заводы в Москве, Дзержинске и Чебоксарах. Втечение 1950 – 1970-х гг. использовались около 20 тыс. тонн гербицида в год, врезультате чего загрязнено огромное количество земель по всей территориибывшего Советского Союза.

В 1969 – 1970 гг. ДДТ был исключен из официального списка пестицидов,используемых в бывшем СССР. Однако и после этого производство иприменение ДДТ не прекратилось. Даже в 1986 г., через 16 лет послеофициального запрета, производство ДДТ составляло 10 тыс. тонн в год. Доконца 80-х годов ДДТ использовался «в порядке исключения» в Узбекистане и вомногих областях России.

Пестициды поступают в биосферу путём непосредственного внесения или спротравленными семенами, отмирающими частями растений, трупаминасекомых; мигрируют в почве, водах. Они оказывают неодинаковое воздействиена почвенную биоту и биохимическую активность почв. Особую опасностьпредставляют стойкие и кумулятивные пестициды: триазин, сим триазин,хлордан, гептахлор – они обнаруживаются в почве спустя десять и более летпосле применения. Поступая в почву, пестициды мигрируют вниз по профилю снисходящими токами дождевых и оросительных вод, причём скорость и глубинамиграции зависят от дозы токсиканта, его летучести и адсорбируемости, а такжеот водного и теплового режимов почвы. Остаточные количества пестицидовобнаруживают на глубине 200 см и более.

При поверхностном стоке, вызываемом осадками или орошением, пестицидыперемещаются по поверхности почвы, скапливаясь в её депрессиях. Попадая впочвенно-грунтовые воды в малых концентрациях, пестициды изменяют кхудшему органолептические свойства воды (вкус, запах). Присутствие5…10 мкг/л дихлорфенола придаёт воде специфический запах и делает еёнепригодной для питья. В годы массового применения ДДТ на хлопковых полях

31

этот пестицид обнаруживали в артезианских скважинах на глубине 80 м, а егоконцентрация в арыках превышала допустимую в 3…4, а иногда и в десятки раз.

Содержание стойких пестицидов в природных водах обычно очень мало (вприродной воде – 10-7 мкг/л и 10-9 мкг/л – в морской) благодаря эффектуразбавления. Однако они способны накапливаться в различных звеньяхтрофической цепи. В конечных звеньях трофической цепи концентрацияпестицидов может достигать высоких значений и приводить к катастрофическимрезультатам. Например, было замечено снижение воспроизводства некоторыххищных птиц, таких как коричневый пеликан, бермудский буревестник, скопа,орёл. Изучение данного факта показало, что накапливаемые в организмепестициды способны подавлять деятельность ферментов, контролирующих обменкальция в организме. Это ведёт к тому, что скорлупа яиц становится тонкой ислабой, легко повреждается при механических воздействиях.

Пестициды накапливаются также и в организме рыб. Последствием этогоявляется снижение сопротивляемости болезням, уменьшение толщины жаберныхмембран, нарушение теплорегуляции, учащенное дыхание, ухудшениерепродуктивных функций. В конечном счёте, это ведёт к уменьшению рыбныхпопуляций.

Фосфорорганические соединения обычно менее устойчивы, чемхлорорганические производные, но зато чрезвычайно токсичны. Например,паратион примерно в 30 раз более ядовит, чем мышьяк. А тетраэтилпирофосфатнастолько токсичен, что одна его капля при приёме внутрь или при контакте скожей ведёт к летальному исходу.

К счастью, эффект накопления фосфорорганических соединений втрофической цепи практически равен нулю. Это, впрочем, не должно особенноуспокаивать, поскольку во многих случаях поведение продуктов распада этихсоединений в воде плохо изучено. Не исключено, что сами эти продуктыявляются токсичными и устойчивыми. В частности, уже упомянутый вышепаратион распадается на тиофосфорную кислоту и n-нитрофенол. Оба этивещества способны оказать серьёзное воздействие на водную систему, в которойони могут сохраняться продолжительное время (при определённых условиях).

Установлено, что распад пестицидов происходит быстрее в южных районах имедленнее в условиях холодного климата. Замечено также, что влияниепестицидов оказывается более длительным в щелочной среде, в нижнем течениирек и понижениях рельефа.

2.3 Эвтрофикация водоемовОдним из серьёзных нарушений окружающей среды следует считать

загрязнение природных вод. Выделяют особый вид ухудшения качестваприродных вод – эвтрофикацию водоемов. Эвтрофирование озер и водохранилищв настоящее время приобрело глобальный характер. Оно не только приводит кухудшению ряда показателей качества воды, а при очень высоких уровняхтрофии создает опасность токсических эффектов, но и вызывает перестройку

32

всей экосистемы водоема, воздействуя на состав и структуру биологическихвеществ.

Эвтрофикация вод – повышение биологической продуктивности водныхобъектов, в первую очередь малых рек и водохранилищ на них, в результатенакопления в воде биогенных веществ (азота и фосфора) под воздействиемантропогенных или естественных факторов.

Выделяют естественное и антропогенное эвтрофирование водоемов.Общепринято, в настоящее время, что антропогенное эвтрофированиетождественно естественному эвтрофированию и различия только в масштабахвремени развития этого процесса.

Естественное эвтрофирование характеризуется тем, что это длительныйпроцесс. Данный процесс определяется действием таких абиотических факторовкак интенсивность солнечной радиации, изменение климатических условий(зональные и сезонные различия величины и характера атмосферных осадков,колебание температуры, воздействие ветра), величина водного стока, зональноеразличие в гидрохимическом стоке (общая минерализация воды, различноесодержание химических ингредиентов); а также действием биотическихфакторов, т.е. биологическими процессами в водоеме.

Антропогенное эвтрофирование характеризуется тем, что это процесс оченьбыстрый. Данный процесс определяется сбросом в водоёмы бытовых ипромышленных сточных вод, выносом с полей минеральных удобрений,пестицидов и ядохимикатов, окультирование земель на площади водосбора ипобережья водоемов, регулированием режимов работыгидросооружений, рекреационным использованием водоемов.

В процессе эвтрофирования увеличивается уровень первичной продукции,изменяются физические показатели качества воды (уменьшается прозрачность,увеличивается цветность, появляется запах воды. Также изменяются химическиепоказатели качества воды, а именно повышается содержания биогенныхэлементов и органических веществ (в первую очередь, азота и фосфора),снижается степень кислородного насыщения в связи с усилением поглощениякислорода водорослями; изменяется показатель кислотности воды.

Разберем более подробно каждый уровень трофности водоема.По биологической классификации, основы которой были заложены

А. Тинеманном и Е. Науманном пресноводные континентальные озераподразделяются на дистрофные, олиготрофные, мезотрофные и эвтрофные[5].

Дистрофные водоемы расположены, в основном, в заболоченной местности.Берега их низкие, болотистые, с редкой растительностью, часто сложены изсфагнума. Имеются торфянистые отложения на дне озера. Такие отложенияисключают контакт воды с грунтом, поэтому вода слабо минерализована и беднабиогенами. Реакция среды кислая, вода сильно окрашена, прозрачность ее оченьнизкая. Планктон и бентос дистрофных озер очень бедны.

33

Олиготрофные водоемы характеризуются слабым поступлением биогенов,поэтому в них мало фитопланктона, бактерио- и зоопланктона. Обычно онирасположены на кристаллических породах и являются глубокими (свыше 30метров). Гиполимнион, богатый кислородом, по объему превосходитэпилимнион. Прозрачность воды высокая, гуминовых веществ в воде очень мало,литораль развита слабо, донные отложения бедны органикой. Такое озеросодержит небольшое количество биогенных веществ, которое способноподдерживать только низкий уровень биомассы. Атмосферный кислород оченьмедленно растворяется и смешивается с водой. Следовательно, бентосныерастения не только обеспечивают пищу и убежище водным животным, но иподдерживают высокое содержание растворенного кислорода (O2) на глубине,так как, выделяясь в процессе их фотосинтеза, он попадает непосредственно вводу. Таким образом, в водоеме, обедненном питательными элементами, можетсуществовать богатая, разнообразная экосистема, состоящая из рыб, моллюсков ибентосных растений, которыми они питаются. Природные процессы, такие, какветровая эрозия или вымывание дождевыми водами, обеспечивают выносбиогенных веществ в водную среду, что поддерживает развитие растений иживотных. Поступления биогенных веществ в водоем всегда превышают ихпотери из него, что приводит к «чистому» накоплению этих веществ в водоеме. Внем начинается образование ила, обычно со скоростью 3 мм/год, но вводохранилищах, испытывающих интенсивную нагрузку по насосам,поступающим с водой притоков, скорость илонакопления может достигать 1м/год. Олигосапробные воды – это чистые воды больших озер. Для ниххарактерна высокая минерализация органики. Количество кислорода близко кнормальному насыщению. Среди чистых вод выделяют ксеносапробные икатаробные, для которых характерно почти полное отсутствие органическихзагрязнении, а растворенный кислород имеет очень высокие показатели в летнийи зимний периоды. В этой зоне чистой воды доминируют окислительныепроцессы. Вследствие высокого окислительного потенциала воды, всехимические вещества с переменной валентностью присутствуют в высшейстепени окисления БПК, окисляемость, содержание СО2 незначительно. Любыеорганические загрязнения, попадающие в водоем, достаточно быстроминерализуются аэробными микроорганизмами.

К водоемам мезотрофного типа относятся озера, занимающие промежуточноеположение между олиго- и эвтрофными озерами. Воды в химическом отношениихарактеризуются большим содержанием углекислоты, а такжевысокомолекулярных легко разлагающихся органических веществ – белков,углеводородов. В этих водах интенсивно протекают процессы редукции ираспада с образованием сернистого железа. Для полисапробной зоны характернопревышение поглощения кислорода, обусловленное разложением органическихсоединений, над пополнением запасов кислорода за счет фотосинтеза. Вэкосистеме возникают бескислородные условия. Помимо возникающей проблемыдыхания это приводит к изменению характера химических процессов в водоеме:

34

в полисапробной зоне доминируют процессы восстановительного характера. Придефиците растворенного кислорода разложение органических соединенийпротекает за счет кислорода, связанного в неорганические анионы (нитраты,сульфаты и т.д.). На первой стадии окисление органики происходит за счеткислорода нитратов (денитрофикация) по схемам:

(2.1)H2O(CH2O)n(NH3)m CO2

HNO3N2 NH3 ,

(2.2)H2ONH3HNO3

N2 .

После того, как кислород и нитраты израсходованы, в нормальныйкислородный цикл включается сера по схеме:

(2.3)H2O(CH2O)n(NH3)m CO2 H2S NH3

SO42

.

Потребность в кислороде удовлетворяется за счет сульфат-ионов,образовавшихся по схеме:

(2.4)H2OCO2hv

.H2S H2SO4

Такие продукты реакций (2.1) и (2.3), как CO2, H2S, и NH3 (NH4+), являются

индикаторными химическими соединениями для полисапробной зоны.Окисленные формы: нитраты, нитриты, сульфаты расходуются на окисление и,поэтому, в полисапробных водах отсутствуют.

Анионы и катионы элементов с переменной степенью окисления, которые непринимают непосредственного участия в биохимических процессах,протекающих в полисапробной зоне, вследствие низкого окислительногопотенциала среды, присутствуют в восстановительных формах. Например, железоприсутствует в виде Fe2+.значительные количества ионов в восстановительнойформе и полуразложившихся органических соединений обуславливают высокиезначения окисляемости, а также СО2 и БПК, соответственно.

Наряду с восстановительными процессами протекают окислительныепроцессы минерализации органического вещества с участием кислорода нитратов(2.1) и растворенного кислорода по схеме:

(2.5)H2O(CH2O)n(NH3)m CO2

O2NO2 .

Как следует из уравнения (2.1), одним из продуктов окисления органическоговещества нитрат-ионами является аммиак. В присутствии кислорода происходитокисление части аммиака до нитрит-ионов:

35

(2.6)2H2ONH3Nitrosomonas

.3O22 2H 2NO2

Процесс (2.6) осуществляется при помощи автотрофных бактерийNitrosomonas. Дальнейшее окисление нитритов до нитратов в мезосапробной зонене происходит из-за достаточно высокого окислительного потенциала. Израссмотренных выше химических равновесий следует, что для химическогосостава воды мезосапробной зоны характерно присутствие некоторогоколичества аммиака (восстановленная форма азота), окисленные формы азотапредставлены нитрит- ионами; сероводород обычно отсутствует, так как сульфат-ион не участвует в окислительных процессах. Концентрация СО2, БПК иокисляемость снижаются. Окислительные процессы в большей степениразвиваются в β-мезосапробной зоне, прилегающей к зоне чистой воды. â-мезосапробные воды характеризуются некоторым самоочищением. В них нарядус восстановительными процессами развиваются процессы окисления за счеткислорода, выделяемого хлорофилсодержащими организмами. Поэтому,химический состав вод характеризуется наличием небольшого содержаниякислорода и наличием слабоокисленных азотистых соединений, таких какаммиак и аминокислоты. Восстановительные процессы развиваются в α-мезосапробной зоне, граничащей с полисапробной зоной. В á-мезосапробныхводах доминируют окислительные процессы. Характерным признаком являетсяналичие всех трех форм минерализации белка. Это аммонийные соединения,нитраты и нитриты. Минерализация органики происходит за счет аэробногоокисления.

К эвтрофным водоемам относятся неглубокие (до 10…15 м) равнинные озерас обильным поступлением биогенов. Летом в массовом количестве развиваетсяфитопланктон и соответственно обильны бактерио- и зоопланктон, зообентос.Грунты илистые, прозрачность воды низкая, цветность высокая. Литоральхорошо выражена, сильно зарастает макрофитами. Водная масса гиполимнионапо сравнению с эпилимнионом мала, бедна кислородом. Водная толщапрогревается до дна. В эвтрофном озере вода плохого качества с низкойконцентрацией растворенного кислорода и избыточной биомассой; вгеологическом смысле подобное озеро вскоре исчезнет. В некоторых случаяхводные массы могут быть пересыщены биогенными веществами –гипертрофными. На этой стадии рост водорослей лимитируется светом илитемпературой, а не доступностью биогенных веществ. Такие экологическиесистемы имеют неустойчивое состояние, которое приводит к периодическим«катастрофам», после чего в озере возникает общая аноксия и вслед за этимотмирание биомассы в крупных масштабах.

Существует несколько критериев, по которым определяют уровень трофностиводоемов. Агентство по охране окружающей среды США в 1972 году принялоследующие критерии для характеристики процесса эвтрофирования водоемов:

1. уменьшение концентрации растворенного кислорода в гиполимнионе;

36

2. увеличение концентрации биогенных веществ;3. увеличение содержания взвешенных частиц, особенно органического

вещества;4. последовательная схема популяцией водорослей с преобладанием сине-

зеленых или зеленых водорослей;5. уменьшение проникновения света (или увеличение мутности водной

среды);6. увеличение концентрации фосфора (P) в донных отложениях.Для эвтрофных водохранилищ, как и для озер, характерным является

массовое развитие водорослей (цветение водоёма). Это явление можнорассматривать как новый фактор самозагрязнения водоёма. При цветениипреобладает один или два вида микроорганизмов. Цветение длится некотороевремя, а затем пропадает. Оно может быть вызвано различными водорослями. Вначале весны наблюдается цветение диатомовыми водорослями, при этом водаприобретает желтовато-коричневый цвет. Наиболее распространеннымидиатомовыми водорослями, вызывающими цветение, являются астерионелла(Asteriionella), синедра (Synedra), мелозира (Melosira). В середине лета частонаблюдается цветение водоемов сине - зелеными водорослями. Характернымипредставителями сине-зеленых водорослей, вызывающие цветение, являютсяанабена (Anabaena), осциллятория (Oscillatoria), которые придают водеголубовато-зеленый цвет и неприятный привкус и запах. Водоросли выделяютособые антибиотические вещества, токсичные не только для бактерий, но и длядругих гидробионтов, а также для домашних животных и человека. Например, всубтропических районах выделения сине-зеленых водорослей Microcystis явилосьпричиной гибели крупного рогатого скота. В Австралии и Африке гибельживотных, вызываемая употреблением цветущей воды, в настоящее времяявляется серьезной проблемой. Специфичные токсичные выделениядинофлагеллят могут испортить мясо рыб и накапливаются в ракообразных.Употребление мяса ракообразных явилось причиной около 500зарегистрированных случаев смерти людей. В 1 кг сырой массы водорослейобнаруживают до 14…15 мг фенолов.

Цветение наносит вред работе сооружений технического и питьевоговодопровода. Микроорганизмы обрастания вызывают засорение и обрастаниеводозаборных сооружений, внутренних стенок труб, вызывая их сужение. Втеплообменных установках нарушается режим теплообмена. Попадание в водуживых или погибших микроорганизмов повышает концентрацию взвешенныхвеществ, появляются запахи и привкусы. Микроорганизмы обрастаний частовызывают или усиливают коррозию металлов. При транспортировке сточных водпо трубам создаются условия для развития анаэробов, например бактерий,восстанавливающих сульфаты, что сопровождается образованием такихкоррозийных агентов, как сероводород. Продуты выделения микроорганизмов,например диоксид углерода, могут вызывать коррозию бетона.

37

Естественное эвтрофирование протекает в течение геологических периодов,но антропогенное увеличение содержания фосфора (Р) и азоте (N) к ускорениюестественных процессов старения водоемов, т. е. происходит искусственноеэвтрофирование

К основным антропогенные источникам фосфора можно отнести смывфосфорсодержащих удобрений с полей и других сельскохозяйственных угодий ибытовые сточные воды (50% – конечных продуктов обмена человеческогоорганизма, 50% – полифосфаты, входящие в состав детергентов).

К основным антропогенные источникам азота можно отнести экскрементыживотных и человека, которые примерно наполовину состоят из нитратов (NO3

–),удобрения, которые смываются с сельскохозяйственных полей или пригородныхлужаек во время сильных дождей, также содержат большое количество нитратов(NO3

–).Существуют естественные процессы самоочищения водоемов. Окисление

органических соединений является важнейшей составляющей процессасамоочищения водоема.

Самоочищение водоема – это последовательность физических (осаждение,седиментация), химических (нейтрализация, окисление, сорбция, коагуляция) ибиохимических процессов (окисление в присутствии микроорганизмов и т. д.),которая приводит к восстановлению природных свойств водоема.

Эффективность процессов самоочищения зависит от степени сапробностиводоема, а также от интенсивности течения в водоеме (самоочищение водоемов сзастойной водой (озерах, прудах) происходит медленнее, чем в проточныхводоемах (реках)).

Методы искусственного освобождения воды от эвтрофирующих веществразнообразны и зачастую очень сложны.

Первоочередным для оздоровления водоемов являются мероприятия поограничению поступления в них биогенных элементов. Это может бытьреализовано путем полного прекращения сброса в водоем неочищенных иусловно очищенных сточных вод промышленных предприятий и бытовых стоков,несущих токсические для водоемов вещества (тяжелые металлы, нефтепродукты,детергенты), за счет эффективности очистки, использования «буферной защиты»(биологические пруды, параллельные руслу основного водоема, наливныеводоемы в пойменном участке, поля орошения), введение оборотноговодоснабжения и замкнутых циклов, разработки и внедрения маловодных ибезотходных технологий предотвращения и сокращения попаданияповерхностного сельскохозяйственного стока.

Одним из радикальных и технически осуществимых методов устраненияотрицательных последствий эвтрофирования может быть гидрохимическоеизъятие водорослевой массы, которая затем используется в народном хозяйстведля удобрения или переработки на кормовые концентраты. Удаление донныхорганических отложений с одновременным углублением водоема является,очевидно, необходимым мероприятием. В связи с возросшими в последнее время

38

темпами эвтрофирования и увеличения илонакоплений дноуглубительные работыдолжны проводиться периодически.

Удалению илов может предшествовать работы по осаждению эвтрофирующихвеществ и гидробионтов из толщи воды, особенно в периоды «цветения».Осаждению способствует применение различных коагулянтов, токов высокогонапряжения, ультрагидравлического удара и др. Но эти методы методы на могутбыть широко использованы из-за отсутствия селективности воздействующихвеществ, их дороговизны и нерентабельности.

Разрабатываются более сложные варианты устройств, аэрирующих глубинныебескислородные воды, но не нарушающих расслоение водной массы.Преимущества аэрации без дестратификации в том, что открываются болееширокие возможности регулировки её эффекта путем изменения режима работыаэратов, их размещения в водоеме и времени действия. Воздействие аэрацииболее широко, разнообразно и не ограничивается изменением окислительно-восстановительных условий глубинных вод.

К числу биологических методов регулирование «цветения» воды следуетотнести применение вирусов, лизирующих сине-зеленых водоросли, и вселение вводоем растительноядных рыб. Для подавления «цветения» воды предложеноприменять вирусы (альгофаги), вызывающие быстрое разрушение клетокводорослей.

В последнее время среди подходов к деэвтрофированию водоемов широкоеприменение получает биоманипулирование – экологический подход с целью ихоздоровления, улучшения качества воды путем изменения трофическихсоотношений. Методология биоманипулирования заключается в следующем. Приснижении численности «мирных» рыб или после уничтожения всех рыб взоопланктоне увеличивается численность крупных видов-фильтраторов. Этоспособствует снижению первичной продукции водоема и даже предотвращает«цветение» воды. Вследствие менее интенсивного развития фитопланктонавозрастает прозрачность воды, более интенсивно растут макрофиты прибрежнойзоны, увеличивается численность и разнообразие макрозообентоса. Крупныйзоопланктон более эффективно контролирует рост фитопланктона. Он жепотребляет более крупные клетки водорослей и благодаря образованиюфекальных агрегатов способствует уменьшению в воде концентраций биогенныхэлементов. Некоторая положительная роль зоопланктона проявляется вулучшении качества воды и в блокировании связывания атмосферного азотасине-зелеными водорослями через выделение ими аммония и предотвращениядефицита СО2. Это ведет к уменьшению рН вследствие выедания водорослей итакже не способствует развитию сине-зеленых.

2.4. Вопросы для самоконтроля1. Перечислите источники загрязнения гидросферы.2. Как классифицируют пестициды? Приведите примеры и химические

формулы пестицидов каждого класса.

39

3. Перечислите причины эвтрофирования водоемов. Охарактеризуйтепроцессы самоочищения водоемов. Какие существуют методы искусственногоосвобождения воды от эвтрофирующих веществ?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды. – М.: Высш. шк,1983. – 280 с.

2. Беличенко Ю.П., Швецов М.М. Рациональное использование и охранаводных ресурсов.– М.: Россельхозиздат, 1986. – 304 с.

3. Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. –М.: Высш. шк., 2002. – 334 с.

4. Богдановский Г.А. Химическая экология. – М.: Изд-во МГУ, 1994. – 236 с.5. Хендерсон-Селлерс Б, Маркленд Х.Р. Умирающие озера. Причины и

контроль антропогического эвтрофирования. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. –279 с.