Інтенсифікація внутрішньо водоймових процесів

Управління якістю води водних об'єктів на основі цілеспрямованого втручання в хід внутрішньо водоймових процесів досягається в основному впливом на абіотичні компоненти екосистеми.

Технології захисту і відновлення для водотоків. В основі цих технологій лежить цілеспрямована зміна гідрологічних умов або безпосередній вплив на біотичну частина водної екосистеми. Основними технічними рішеннями є зміна швидкості течії, форми поперечного переріза русла, матеріалу кріплення берегових укосів і розробка спеціальних біо-інженерних споруд.

Швидкість течії є одним з головних екологічних факторів у водотоках. Вона впливає на всі біотичні компоненти водної екосистеми - планктон, бентос, перифітон, макрофіти. Цей вплив має прямій і непрямий характер. Прямий виявляється в безпосередньому механічному впливі течії на гідробіонтів. Непрямий вплив здійснюється через зміну фізичних і хімічних умов у водотоці, наприклад, швидкості процесу атмосферної реаерації, умов перемішування, мутності потоку. Швидкість потоку є комплексним керуючим фактором. Чим більший час перебування речовини у водотоці, тим сильніше виявляються процеси біохімічної трансформації речовин. Чим більше транспортуюча здатність потоку, тим менше його прозорість. У свою чергу прозорість води сильно впливає на продукційні процеси і тепловий режим водотоків. Швидкість потоку лімітує швидкість росту різних біотичних угруповань. Для кожного виду водоростей існує так звана лімітуюча швидкість течії, при досягненні якої розвиток водоростей сповільнюється, і критична швидкість течії, при якій водорості перестають розвиватися і можуть загинути.

Форма перетину русла має велике значення для трансформації органічних речовин. Змінюючи форму русла, можна змінювати швидкість течії і співвідношення трофогенного і трофолітичного шарів, домагаючись у такий спосіб необхідного співвідношення продукції і деструкції.

При штучному облицюванні берегових укосів, характерних для водних об'єктів, що знаходяться в межах міста, велике значення має використовуваний матеріал. Його вид багато в чому визначає інтенсивність процесів самоочищення. Наприклад, облицювання берегів щебнем або бетоном приводить до їх посиленого обростання і, як наслідок - до автохтонного вторинного забруднення водного об'єкта за рахунок збільшення продукції органічної речовини.

Перспективним напрямком розвитку технологій захисту водотоків є розробка біоінженерних споруд типу біоплато. Для захисту і відновлення водних об'єктів використовують природні або штучні біоплато різних типів. Руслові біоплато являють собой мілководні розширення русла з розвиненою вищою водною рослинністю. Очищення води тут здійснюється вищою водною рослинністю по всьому перетину потоку. Створення руслових біоплато можливо на ділянках водотоків глибиною не більш 1,5-2 м, зі швидкістю течії до 0,2-0,3 м/с. Берегові біоплато являють собою зарості вищої водної рослинності уздовж берегів водотоку. Очищення води в цьому випадку проводиться тільки частиною потоку. Гирлові біоплато розташовуються в місцях впадання у водотік малих приток. Наплавні біоплато призначені для очищення верхнього шару поверхневих вод. У цьому випадку вища водна рослинність розміщається в спеціальних плаваючих контейнерах, розташованих впоперек потоку.

Біоінженерні споруди типу біоплато дозволяють істотно знизити вміст забруднюючих речовин у поверхневих водах. Очищення води здійснюють всі елементи угруповання вищої водної рослинності. Зважені речовини затримуються й осаджуються в основному макрофітами. Головну роль у деструкції органічних речовин відіграє бактеріоперифітон - бактеріальна плівка, що розвивається на підвідній частині вищої водної рослинності. Біогенні елементи асимілюються вищою водною рослинністю, накопичуються в надводній її частині і кореневій системі, що дозволяє надовго виключити їх з водного середовища. Нафтопродукти окисляються бактеріоперифітоном і углеводоокислюючими бактеріями, кількість яких у заростях вищої водної рослинності істотно зростає за рахунок виділення рослинами специфічних стимуляторів і споживання ними інгібіторів росту цих бактерій. Пестициди, важкі метали і радіонукліди вилучаються вищою водною рослинністю і накопичуються в її кореневій системі і зеленій масі. Феноли накопичуються і трансформуються вищою водною рослинністю, летучі феноли частково виділяються в атмосферу.

Технології для захисту і відновлення водойм. У водоймах характер внутрішньо-воднх процесів багато в чому визначається ступенем і характером екологічної стратифікації. Найважливішою проблемою водойм є евтрофування, тому більшість захисних технологій спрямовані на протидію цьому процесу. Такі технології називаються технологіями деевтрофування. Метою деевтрофування є зниження рівня трофності водних об'єктів. Розглянемо деякі технології деевтрофування.

Видалення донних відкладень. Вміст біогенних елементів у донних відкладеннях звичайно збільшується від нижніх шарів до верхнього. Тому видалення верхніх шарів цих відкладень приводить до оголення шарів, збіднених біогенними елементами і, отже, до зниження переносу їх у водну товщу.

Екранування донних відкладень, що створює фізичний бар'єр на межі розділу „вода - донні відкладення”. Як екран можуть використовуватися пластикові плівки, пісок, глина.

Відвід води з гіполимніону, у результаті якого з водойми вилучаються багаті біогенами води. Ця технологія ефективна в глибоких водоймах з великим періодом водообміну.

Хімічна обробка, основана на використанні речовин, що сприяють осадженню біогенних елементів або перетворенню їх у менш доступну для мікроорганізмів форму. Найбільш ефективним і екологічно безпечним є використання з даною метою сульфату алюмінію.

Зміна умов середовища існування. В основі цих технологій звичайно лежить затемнення, що приводить до зниження первинної продукції органічної речовини. Існують різні технології затемнення - використання спеціальних барвників, що вибірково пропускають сонячне світло, світлонепроникних плаваючих покрить, посадка високих дерев по берегах.