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.

Экология города

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 реаэра-ции, 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 (V_ihm) и критической (V_K) скоростей те­чения для фитопланктона представлены в табл. 3.15.

Таблица 3.15. Величины лимитирующей и критической скоростей

для фитопланктона

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 рассмотрено в разд. 3.5.3. Для защиты и восстановления водных объектов используют естественные или искусственные биоплато различных типов. Русловые биоплато представляют

Раздел 3. Водная среда города 127

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 водотоков 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 внут-риводоемных 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 троф-ности 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.

128 Экология города

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.