Реферат: Органическое загрязнение водных экосистем
Водные организмы разных систематических групп проявляют не одинаковую чувствительность к содержанию в воде органических веществи продуктов их разложения.Возможность приспособления гидробионтов к существованию в среде с разным уровнем органического загрязнения обуславливается комплексом физиолого-биохимических процессов,которые постоянно протекают в их организме.Гидробионты,которые живут в загрязненных органическими веществами водах и принимают участие в процессах их разложения,называются сапробионтами или сапротрофами.Они являются важным звеном в биологическом круговороте веществ и энергии.К этой группе проиадлежат бактерии,грибы,отдельные виды водорослей,способных усваевать органические вещества.Среди водных животных есть такие,которые питаются растворенными органическими веществами,гниющими остатками,экскрементами и могут жить в воде с невысоким содержанием кислорода(Tubiflex tubiflex).
Видовая структура группировок гидробионтов в зависимости от их чувствительности к органическому загрязнению водоемов четко выявлена на биоценотическом уровне.Выходя из этого, в 1908 г.немецкие исследователи К.Кольквитц и Р.Марссон предложили оценивать интенсивность загрязнения водоемов органическими веществами по наличию в водоемах представителей отдельных систематических групп гидробионтов с разной степенью гетеротрофности и оксифильности-показательных организмов,или биоиндикаторов сапробности.По степени загрязнения вод органическими веществами их разделяют на поли-,мезо-,и олигосапробные,а гидробионты,которые в них обитают,называются поли-,мезо-,и олигосапробами.Обитателей особенно чистых вод называют катаробами,или катаробионтами,а особенно грязных-гиперсапробами.Эти организмы являются показательными относительно соотвецтвующих условий сапробности или биоиндикаторами.
Одним из основных показателей при оценке сапропробности водных объектов или их отдельных зон является количественная характеристика наличия или отсутствия в воде свободного кислорода.Чем больше степень загрязнения органическими веществами,тем больше количество кислорода используется на окисление и тем меньшая его концентрация остается в воде.
Степень сапропробности определяется прежде всего по видовому составу бактерио-,фито-и зоопланктона,бентоса и перифитона.
Полисапробные воды характеризуются наличием значительного количества белков,полипептидов,углеводов.В таких водах преимущественно живут гидробионты-полисапробы,которые выдерживают высокий уровень загрязнения,среди них бактерии Sphaerotilus natans,серобактерии рода Beggiatoa, жгутиковые Oicomonasmutabilius.Полисапробные воды формируются в речках и замкнутых водоемах,в которые спускаются хозяйственно-бытовые и сточные воды предприятий пищевых и др.предприятий.Численность видов гидробионтов,которые могут жить в такихводах,очень ограничена.В этих водах может встречаться кишечная палочка и довольно часто.
В мезосапробных водных объектах степень загрязнения менее выражена,отсутствуют белки,больше кислорода.В этих водах живут организмы,которые выдерживают частично загрязненное органическими веществами.В отличии от полисапробов,мезосапробы более требовательны к наличию свободного кислорода в воде.В зависимости от уровня загрязнения органическими веществами и присутствия отдельных систематических групп гидробионтов,мезосапробные виды разделяются на α-и β-мезосапробные.
Воды α-мезосапробной зоны характеризуются наличем аммиака,нитритов,аминокислот.Минерализация органического вещества в таких водах происходит за счет аэробного окисления,особенно при участии бактерий.Среди мезосапробных организмов встречается много бактерий,некоторые грибы(Nematosporangium,Leptomitus lacteus),а также моллюски,личинки двукрылых,бентосные беспозвоночные.
В β-мезосапробных водах в значительно меньшем количестве встречается аммоний,нитратный азот.Ощущается некоторый дефицит кислорода в воде,но он выражен слабо.Организмы-индикаторы представлены разными водорослями:синезелеными,диатомовыми,зелеными и др.В таких водоемах распостранена рыба.
Олигосапробные-воды малозагрязненных рек,озер,водохранилищ,в которых происходит интенсивная минерализация органических веществ.В таких водных объектах вследствии высокой концентрации растворенного кислорода преобладают окислительные процессы.Из соединений азота содержатся нитраты,мало угольной кислоты и отсутствует сероводород.Среди олигосапробных организмов,которые обитают в чистых или слабозагрязненных органическими веществами водах,много водорослей,ракообразных,моллюсков,а из рыб представлены форель,судак,окунь.Среди бактерий олигосапробной зоны мало сапрофитов и организмов,которые питаются бактериями.
Особенно чистые воды по системе сапробности называются катаробными.Такие воды перенасыщены кислородом,у них отсутствует сероводород.Среди жителей таких вод(а это как правило,самые холодные горные речные воды)хорошо чувствует себя форель и другие гидробионты-оксифилы.
4.Самозагрязнение и самоочищение водоемов
Под самозагрязнением понимают надмерный уровень продукции органического вещества,которое вызывает ухудшение качества воды в водном объекте.Оно чаще всего связано с массовым рвзвитием фитопланктона до уровня "цветения"воды.Самозагрязнение вызывается самой биомассой водорослей и продуктами их деструкции.Разложение биомассы в таких случаях приводит к выходу в воду большого количества органических,минеральных,в том числе и токсических веществ,которые существенно ухудшают качество воды по многим показателям.Среди токсических веществ обнаруживают полипептиды,фенолы,сероводород и др.В отличии от аллохтонного прихода загрязнений,такое явление получило название биологического(вторинного)загрязнения,или самозагрязнения.Оно может происходить и вследствии десорбции органических и минеральных веществ,накопленных в донных отложениях.Такие процессы более интенсивно происходят при дифиците кислорода и подкислении водной среды в анаэробных условиях.В нормально функционирующихводных экосистемах течение процессов продуктирования,усвоения и деструкции автохтонных веществ при участии гидробионтов сбалансированное.Благодаря этому поддерживается определенный уровень качества воды
Процесс разложения и выведения загрязняющих веществ с круговорота водной среды вследствии взаимодействия механических,физических,физико-химических и биологических факторов получил название самоочищения вод.Механическое самоочищение-это процессы перетирания,механического раздробления отдельных частиц,фильтрации загрязненных вод через песчаные грунты.Физические процессы самоочищения включают осаждение(седиментацию) загрязняющих веществ под действием сил тяжести.
Химическое и физико-химическое самоочищение связано с оюразованием комплексных соединений,реакциями между отдельными веществами,сорбцией зависших частиц илом,глиной и другими донными отложениями,окислением не стойких веществ растворенных кислородом.Биологическое самоочищение вод включает такие составляющие:биофильтрацию,минерализвцию органических веществ,фотосинтетическую аэрацию-раэрацию,биоакумуляцию и биоиндикацию.
Биофильтрацию осуществляют организмы-фильтраторы,главным образом,двустворчатые моллюски и планктонные ракообразные.Пропуская через свое тело большое количество воды и очищая ее от зависших частиц,они используют органические и некоторые минеральные вещества как корм,а остаток выводят в воду в виде слизистых комков,которые оседают на дно.Благодаря этому происходит осветление воды и уменьшается концентрация загрязняющих веществ в ней.Гидробионты способны накоплять в организме загрязняющие вещества,которые находятся в воде.При этом коэффициент их накопленияКН загрязнителей может возрастать по сравнению с водой в тысячи-десятки тысяч и больше.Такое явление получило название биоаккумуляция,или биоконцентрирования.
Минерализация органических веществ связана с жизнедеятельностью гидробионтов,в первую очередь,бактерий разных физиологических групп.При органических загрязнениях численность бактерий возрастает.В частности,наличие кишечной палочки в воле сведетельствует не только об антропогенном загрязнении,а и про высокое содержание органических веществ,которое происходит путем отмирания гидробионтов,преимущественно фитопланктона и высших водных растений.
Фотосинтетическая аэрация-это насыщение воды кислородом,который образуется растениями в процессе фотосинтеза.Образованный кислород окисляет растворимые органические вещества и поддерживает кислородный режим загрязнения вод.Этот процесс находит широкое применение в системах сточных вод в так называемых биологических ставках,где массово размножаются фотосинтетики.Раэрация связана с восстановлением газового режима загрязненных вод при поступлении в них кислорода биогенного происхождения.Развитие бактерий в водоемах,загрязненных органическими веществами,зависит от содержания органических соединений автохтонного и аллохтонного происхождения.Он отображает поступление загрязнений с около лежащих территорий и источников водоснабжения,количественный и качественный состав зависших веществ,физиологическое состояние фитипланктона,фитобентоса и т д.На их содержание в воде влияют иловые отложения и их взмучивания во время ветрового перемешивания воды.При значительном поступлении легкодоступных органических веществ резко повышается численность сапрофитных бвктерий.
Зоны сапробности более четко выделяются в малых реках с замедленным течением.За течением формируются последовательно поли-,альфа-и бетамезосапробные зоны.При отсуцтвии дополнительных источников загрязнения последняя медленно переходит в олигосапробную.Если на речке есть еще другие источники загрязнения,то восстанавливается опять зона высокого загрязнения.Снесенные течением планктоны-показатели высокого качества воды-могут смешиваться в таком случае с индикаторами нижних уровней загрязнения.Поэтому более показательными кА индикаторы загрязнения в таких случаях могут быть прикрепленные формы(перефитон),обрастание подводных сооружений,нитчатые водоросли и макрофиты,а также зообентос,поскольку эти биоценозы отображают не мнительный уровень загрязнения,как фито-,зоо- и бактериопланктон,а средние условия загрязнения за длительное время.Поэтому современная методика санитарно-биологического исследования водных объектов предусматривает обязательный анализ состава перифитона,других обростаний и бентоса,а не только планктона.
В озерах и водохранилищах поток загрязненийто сточных труб расширяется концентрически,по радиусах,поэтому зоны сапробности здесь формируются по кольцевой схеме,а при штормовом и турбулентном перемешивании вод границы между зонами сапробности стираются.Загрязнения могут разносится локальными течениями,поэтому зоны высокой и низкой сапробности чередуются мозаически и безсистемно.Значит для правильного установления зон сапробности необходимо размещать места отбора проб соответственно гидробиологических особенностей водного объекта.В больших веках и гигантских водохранилищах типа Каховского или Кременчугского процессы органического загрязнения-самоочищения изучены недостаточно.
5. Определение сапробности по Пантле и Букку при изучении санитарного состояния реки
Система сапробности основана на учете видового состава организмов в водоеме.Затруднение при оценке санитарного состояния водоема по такой системе представляют длинные списки организмов,характеризующих зоны разной сапробности.Терминология биологов часто служит препятствием к общению с инженерами и гигиенистами,которых тоже интерисует проблема чистой воды.Поэтому,чтобы ни остаться одинокими,биологи должны говорить простым и понятным языком.Советом экономической взаимопомощи(СЭВ)были рекомендованы етоды Пантле и Букка.Этот метод представляет собой статистическое выражение системы сапробности Кольквитца и Либмана и могут быть представлены численно и графически.В результате математической обработки данных получается средний индекс сапробности,например, продольного профиля реки.Участки водоема,бедные организмами,вследствие действия на них токсических стоков,определяются как зона обнищания и "мертвая"зона.Метод Пантле и Букка предполагает точную принадлежность каждого индикаторного организма к определенной зоне.
6. Дрейссены и их личинки-идикаторы загрязнения водоемов
Неоднократные исследования распространения дрейссены в водных экосистемах показали,что распределения ее зависит от мощности донных отложений:там где слой ила не превышает 1 см,дрейссены больше;в местах сильного заиления моллюски почти не встречаются.Обитают дрейссены преимущественно в прибрежной полосе,заселяя подходящй субстрат на глубинах до 7-8 м,нередко и глубже.Особенно много дрейссены на естественных и искусственных твердых субстратах.В профундали моллюск отсутствует,что обуславливается недостаточность кислорода,углекислого газа,а в последние годы и наличием толстого слоя отмерших синезеленых водорослей.Не встречаются дрейссены на глинистых грунтах в литорали и сублиторали,так как во время волнобоя в воде содержится слишком много взвешенных частиц,которые нарушают нормальную работу фильтрацоионного аппарата моллюска.Изучение расселения личинок дрейссены в литорали,сублиторали и профундали от верхнего участка водного объекта до его приплотинной части показало,что у берега количество личинок больше,чем в открытой части объекта.Только у левого берега численность личинок была в 3 раза меньше,чем в средней части водного объекта на этом же створе.Резкое уменьшение количества личинок в указанном пункте связано с выеданием их рыбами.
7.Охрана вод
Вода – самое распространенное в биосфере вещество. Это необычайное по своим физико-химическим свойствам неорганическое соединение (минерал), играющее исключительно важную роль в жизни природы.
Загрязнение водоемов промышленными и бытовыми стоками сказывается на недостатке пресной воды. Вода многих загрязненных рек и озер становится непригодной не только для питья, но и для других бытовых и промышленных нужд.
Меры борьбы с загрязнениями пресных вод. Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, необходимо их многократное разбавление чистой водой. При сильном загрязнении самоочищения воды не происходит. В этих случаях необходимы специальные методы и средства для ликвидации загрязнений, поступающих со сточными водами.
В промышленности – это главным образом строительство цеховых и общезаводских сооружений по очистке сточных вод, совершенствование технологического процесса производства и строительство утилизирующих установок для извлечения ценных веществ из сточных вод.
Поскольку в ближайшее время не удастся полностью избежать загрязнений воды в процессе ее технологического использования, важное значение по-прежнему будут иметь различного рада очистные сооружения. Применяют несколько методов очистки сточных вод, к важнейшим из которых относятся механическая, химическая и биологическая.