Интенсификация внутриводоемных процессов.
Управление качеством воды водных объектов на основе целенаправленного вмешательства в ход внутриводоемных процессов достигается в основном воздействием на абиотические компоненты экосистемы.
Технологии защиты и восстановления для водотоков. В основе этих технологий лежит целенаправленное изменение гидрологических условий или непосредственное воздействие на биотическую часть водной экосистемы. Основными техническими решениями являются изменение скорости течения, формы поперечного сечения русла, материала крепления береговых откосов и разработка специальных биоинженерных сооружений.
Скорость течения является одним из главных экологических факторов в водотоках.
Она оказывает существенное воздействие на все биотические компоненты водной экосистемы — планктон, бентос, перифитон, макрофиты. Это воздействие имеет прямой и косвенный характер. Прямое проявляется в непосредственном механическом воздействии течения на гидробионты. Косвенное воздействие осуществляется через изменение физических и химических условий в водотоке, например, скорости процесса атмосферной реаэрации, условий перемешивания, мутности потока. Скорость потока является комплексным управляющим фактором. Чем больше время пребывания вещества в водотоке, тем сильнее проявляются процессы биохимической трансформации веществ.
Чем больше транспортирующая способность потока, тем меньше его прозрачность. В свою очередь прозрачность воды сильно влияет на продукционные процессы и тепловой режим водотоков. Скорость потока лимитирует скорость роста различных биотических сообществ. Для каждого вида водорослей существует так называемая лимитирующая скорость течения, при достижении которой развитие водорослей замедляется, и критическая скорость течения, при которой водоросли перестают развиваться и могут погибнуть. Значения лимитирующей (У1им) и критической (V ) скоростей течения для фитопланктона представлены в таблице 3.15.
Таблица 3.15. Величины лимитирующей и критической скоростей для фитопланктона
Вид доминирующих водорослей | V , м/с л им | V ,, м/с |
Диатомовые | 0,7 | 2,0 |
Зеленые | 0,5 | 1,5 |
Синезеленые аллохтонного происхождения | 0,2 | 0,6 |
Синезеленые автохтонного происхождения | 0,5 | 1,5 |
Форма сечения русла имеет большое значение для трансформации органических веществ. Изменяя форму русла, можно изменять скорость течения и соотношение трофогенного и трофолитического слоев, добиваясь таким образом необходимого соотношения продукции и деструкции.
При искусственной облицовке береговых откосов, характерной для водных объектов, находящихся в черте города, большое значение имеет используемый облицовочный материал. Его вид во многом определяет интенсивность процессов самоочищения. Например, облицовка берегов щебнем или бетоном приводит к их усиленному обрастанию и, как следствие — к автохтонному вторичному загрязнению водного объекта за счет увеличения продукции органического вещества.
Перспективным направлением развития технологий защиты водотоков является разработка биоинженерных сооружений типа биоплато.
Использование таких сооружений для очистки сточных вод. Для защиты и восстановления водных объектов используют естественные или искусственные биоплато различных типов. Русловые биоплато представляют собой мелководные расширения русла с развитой высшей водной растительностью. Очистка воды здесь производится высшей водной растительностью по всему сечению потока. Создание русловых биоплато возможно на участках водотокор глубиной не более 1,5 — 2 м, со скоростью течения до 0,2 — 0,3 м/с. Береговые биоплато представляют собой заросли высшей водной растительности вдоль берегов водотока.
Очистка воды в этом случае производится только частью потока. Устьевые биоплато располагаются в местах впадения в водоток малых притоков. Наплавные биоплато предназначены для очистки верхнего слоя поверхностных вод. В этом случае высшая водная растительность размещается в специальных плавающих контейнерах, располагаемых поперек потока.
Биоинженерные сооружения типа биоплато позволяют существенно снизить содержание загрязняющих веществ в поверхностных водах.
Очистку воды осуществляют все элементы сообщества высшей водной растительности. Взвешенные вещества задерживаются и осаждаются в основном макрофитами. Главную роль в деструкции органических веществ играет бактериоперифитон — бактериальная пленка, развивающаяся на подводной части высшей водной растительности.
Биогенные элементы ассимилируются высшей водной растительностью, накапливаются в надводной ее части и корневой системе, что позволяет надолго исключить их из водной среды. Нефтепродукты окисляются бактериоперифитоном и углеводородоокисляющими бактериями, количество которых в зарослях высшей водной растительности существенно возрастает за счет выделения растениями специфических стимуляторов и потребления ими ингибиторов роста этих бактерий.
Пестициды, тяжелые металлы и радионуклиды извлекаются высшей водной растительностью и накапливаются в ее корневой системе и зеленой массе. Фенолы накапливаются и трансформируются высшей водной растительностью, летучие фенолы частично выделяются в атмосферу.
Технологии для защиты и восстановления водоемов.
В водоемах характер внутриводоемных процессов во многом определяется степенью и характером экологической стратификации. Важнейшей проблемой водоемов является эвтрофи- рование, поэтому большинство защитных технологий направлены на противодействие этому процессу. Такие технологии называются технологиями деэвтрофирования. Целью деэвтрофирования является снижение уровня трофности водных объектов. Рассмотрим некоторые технологии деэвтрофирования.
Удаление донных отложений. Содержание биогенных элементов в донных отложениях обычно увеличивается от нижних слоев к верхним. Поэтому удаление верхних слоев этих отложений приводит к обнажению слоев, обедненных биогенными элементами и, следовательно, к снижению переноса их в водную толщу.
Экранирование донных отложений, создающее физический барьер на границе раздела "вода — донные отложения". Как экран могут использоваться пластиковые пленки, песок, глина.
Отвод воды из гиполимниона, в результате которого из водоема извлекаются богатые биогенами воды.
Эта технология эффективна в глубоких водоемах с большим периодом водообмена. Химическая обработка, основанная на использовании веществ, способствующих осаждению биогенных элементов или преобразованию их в менее доступную для микроорганизмов форму. Наиболее эффективным и экологически безопасным является использование в этих целях сульфата алюминия.
Изменение условий среды обитания. В основе этих технологий обычно лежит затемнение, приводящее к снижению первичной продукции органического вещества. Существуют различные технологии затемнения — использование специальных красителей, избирательно пропускающих солнечный свет, светонепроницаемых плавающих покрытий, посадка высоких деревьев по берегам.
