ПРОЦЕССЫ САМООЧИЩЕНИЯ
Самоочищение пруда — постепенное возвращение водной среды водоема к первоначальному природному состоянию, происходящее под влиянием биологических, физических и химических процессов:
1. Биологические процессы самоочищения: результат жизнедеятельности бактерий, растений и животных, обитающих в пруду.
2. Физические процессы самоочищения: седиментация (выпадение в осадок) взвешенных загрязняющих веществ, перемешивание воды под воздействием ветра и течений, перемешивание в результате температурной стратификации водного объема.
3. Химические процессы самоочищения: окисление и распад органики, сопровождающиеся образованием простых химических соединений (углекислоты, метана, аммиака), которые могут употребляться в пищу гидробионтами.
АНАЭРОБНАЯ И АЭРОБНАЯ СХЕМЫ
Самоочищение может происходить по двум схемам:
– анаэробная;
– аэробная.
При анаэробной схеме разрушение органических веществ осуществляется с помощью бактерий и грибов, без присутствия кислорода. При этом происходит накопление промежуточных элементов распада — сероводорода, аммиака, жирных кислот.
Аэробная схема противоположна анаэробной и характеризуется присутствием кислорода. В основе переработки загрязненного стока по аэробной схеме лежит прибрежно-водная растительность. Во‑первых, прибрежно-водные растения в ходе фотосинтеза выделяют кислород и насыщают им воду. Во-вторых, в зарослях растений обитают бактерии и фитофильная фауна, а в корнях растений — бентос. Все вместе эти звенья производят:
– механическую очистку;
– аккумулирование химических элементов;
– минерализацию и окисление;
– детоксикацию органических загрязнений.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА
Природная механическая очистка представляет собой освобождение водной среды от взвешенных и слаборастворимых органических и минеральных веществ. В основном данная работа производится животными-фильтраторами (двухстворчатые моллюски, ракообразные) и прибрежно-водной растительностью. Интенсивность процессов очищения тем выше, чем:
– больше количество фильтраторов и их видовой состав;
– больше площадь листьев и побегов растений, и выше их ослизнённость (слизь на поверхности);
– более развиты корни растений.
Моллюски способны фильтровать колоссальные объемы воды. Растения и их корни очень хорошо задерживают взвешенные вещества, нефтяные пленки, органические эмульсии, жиры. Выпадая в осадок, данные вещества (в том числе нефть) перерабатываются уже донными организмами. Корни прибрежных растений поглощают азот, калий, фосфор. Органические вещества и минералы используются растениями для собственного метаболизма. Тростник, рогоз, камыш, элодея, роголистник в процессе фитофильтрации увеличивают прозрачность воды и понижают ее минерализацию. Погруженные макрофиты очень интенсивно насыщают водную среду кислородом (способствуя окислению органики и ускоряя нитрификацию), во много раз быстрее поглощают фосфор. Прибрежно-водные растения поддерживают высокое содержание кислорода в воде, что крайне важно, т.к. кислород является основным быстрорасходуемым элементом очищения воды. Растения подавляют развитие синезеленых водорослей, предотвращая цветение прудов.
К наилучшим представителям прибрежно-водной растительности, часто применяемым в проектной документации на городские пруды, относятся:
– прибрежные: камыш, тростник, рогоз, ирис, аир;
– плавающие: кувшинки, кубышка, ряски;
– погруженные: роголистник, уруть, элодея.
АККУМУЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Прибрежно-водные растения представляют собой накопитель биогенных веществ. В процессе жизнедеятельности растения способны потреблять из воды фосфор, азот, серу, кальций, железо, кремний. Особенно этим отличаются такие полупогруженные растения, как рогоз (узколистный и широколистный), тростник обыкновенный, камыш озерный, ежеголовник, рдест (блестящий и гребенчатый). Помимо указанных биогенных элементов, прибрежно-водные и полностью погруженные растения поглощают поверхностно-активные вещества и тяжелые металлы, причем уприбрежно-водных растений это происходит с повышенной интенсивностью:
– никель, медь: наибольшее поглощение у сусака;
– свинец: наибольшее поглощение у тростника;
– цинк: наибольшее поглощение у элодеи канадской;
– титан: наибольшее поглощение у элодеи канадской и урути;
– хром и марганец: наибольшее поглощение у роголистника и урути.
Растения, особенно погруженные, участвуют в поглощении радиоактивных элементов (дезактивация воды). Наивысшей скоростью накопления радиоактивных изотопов отличается элодея и различные харовые водоросли.
По завершении вегетационного периода в пруду происходит быстрое отмирание многих растений. По этой причине для предотвращения вторичного загрязнения чаши пруда отмирающими растениями необходимо производить их выкашивание и утилизацию.
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ И ОКИСЛЕНИЕ
Минерализация — процессы окисления сложных органических соединений, при которых происходит их разрушение с получением безвредных или полезных простых соединений. Для поддержания окисления необходимо, чтобы в воде содержался достаточный объем растворенного кислорода. Кислород при окислении расходуется очень быстро, а его пополнение через газообмен зеркала пруда с атмосферой — очень медленное. Поэтому ведущую роль здесь выполняют прибрежно-водные растения, которые в результате метаболизма выделяют в воду кислород.
ДЕТОКСИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Фенолы, пестициды, химикаты, нефть, хлорорганические соединения, гербициды — высокотоксичные органические загрязнения. Естественная детоксикация прудов от таких соединений основана на том, что некоторые растения (прибрежно-водные и погруженные), а также микроорганизмы (водоросли и бактерии) способны не только к поглощению токсичных соединений, но и к:
а) их разложению (деструкции);
б) включению их в свой метаболизм.
К таким растениям, к примеру, относятся харовые водоросли, камыш, уруть, рдеста, гиацинт водный.
Нефтепродукты, являющиеся одним из наиболее частых загрязнений водных объектов, проходя через береговые заросли прудов подвергаются биологическому окислению и даже вовлекаются в обменные процессы растений и бактерий.
РОЛЬ САМООЧИЩЕНИЯ
Самоочищение пруда возможно только при небольшом исходном загрязнении воды. При интенсивном поступлении загрязнений и эвтрофировании природные процессы самоочистки не способны поддерживать водную среду в удовлетворительном состоянии. Из практики восстановления современных городских водоемов известно, что степень загрязнения воды в них не позволяет природному очищению полностью переработать весь поступающий загрязненный сток. В наилучшей ситуации оказываются те пруды, в которых по тем или иным причинам ограничен объем внешнего стока. Именно в направлении такого ограничения стока разрабатываются большинство современных проектов строительства или реконструкции прудов и городских водоемов.
Другим эффективным внедрением в практику проектирования и строительства прудов является биоплато — специально организованный и особым образом сконструированный участок пруда, в пределах которого организуется целенаправленная очистка воды прибрежно-водной растительностью.