Загрязненность органикой промышленных сточных вод в эквивалентах бытовых стоков

Дистрофні водоймища розташовані, в основному, в заболоченій місцевості. Береги їх низькі, болотисті, з рідкісною рослинністю, часто складені з сфагнуму. Є торф'янисті відкладення на дні озера. Такі відкладення виключають контакт води з грунтом, тому вода слабо мінералізована і бідна біогенами. Реакція середовища кисла, вода сильно забарвлена, прозорість її дуже низька. Планктон і бентос дистрофних озер дуже бідні.

Оліготрофні водоймища характеризуються слабким надходженням біогенів, тому в них мало фітопланктону, бактеріо- і зоопланктону. Зазвичай вони розташовані на кристалічних породах і є глибокими (понад 30 метрів).

Гіполімніон, багатий киснем, за об'ємом перевершує епілімніон. Прозорість води висока, гумінових речовин у воді дуже мало, літораль розвинена слабо, донні відкладення бідні органікою. Таке озеро містить невелику кількість біогенних речовин, яка здатна підтримувати тільки низький рівень біомаси. Атмосферний кисень дуже поволі розчиняється і змішується з водою. Отже, бентосні рослини не тільки забезпечують їжу і притулок водним тваринам, але і підтримують високий вміст розчиненого кисню на глибині, оскільки, виділяючись в процесі їх фотосинтезу, він потрапляє безпосередньо у воду.

Таким чином, у водоймищі, збідненому живильними елементами, може існувати багата, різноманітна екосистема, що складається з риб, молюсків і бентосних рослин, якими вони харчуються. Природні процеси, такі, як вітрова ерозія або вимивання дощовими водами, забезпечують винесення біогенних речовин у водне середовище, що підтримує розвиток рослин і тварин. Надходження біогенних речовин у водоймище завжди перевищують їх втрати з нього, що приводить до «чистого» накопичення цих речовин у водоймищі. У нім починається утворення мулу, зазвичай із швидкістю 3 мм/рік, але у водосховищах, що випробовують інтенсивне навантаження, швидкість нагромадження мулу може досягати 1 м/рік.

Олігосапробні води - це чисті води великих озер. Для них характерна висока мінералізація органіки. Кількість кисню близька до нормального насичення. У цій зоні чистої води домінують окислювальні процеси. Унаслідок високого окислювального потенціалу води, всі хімічні речовини із змінною валентністю присутні у вищому ступені окислення; БПК, окислюваність, вміст СО₂ незначні. Будь-які органічні забруднення, що потрапляють у водоймище, достатньо швидко мінералізуются аеробними мікроорганізмами.

До водоймищ мезотрофного типу відносяться озера, що займають проміжне положення між оліго- і евтрофними озерами. Води в хімічному відношенні характеризуються великим вмістом вуглекислоти, а також високомолекулярних органічних речовин, що легко розкладаються, - білків, вуглеводнів. У цих водах інтенсивно протікають процеси редукції і розпаду з утворенням сірчистого заліза. Для полісапробної зони характерне перевищення поглинання кисню, обумовлене розкладанням органічних сполук, над поповненням запасів кисню за рахунок фотосинтезу. У екосистемі виникають безкисневі умови. Окрім виникаючої проблеми дихання це приводить до зміни характеру хімічних процесів у водоймищі: за дефіциту розчиненого кисню розкладання органічних сполук протікає за рахунок кисню, зв'язаного в неорганічні аніони (нітрати, сульфати і так далі). На першій стадії окислення органіки відбувається за рахунок кисню нітратів (денітрифікация) по схемах:

Після того, як кисень і нітрати витрачені, в нормальний кисневий цикл включається сірка по схемі:

Потреба в кисні задовольняється за рахунок сульфат-іонов, що утворилися по схемі:

Такі продукти реакцій, як CO₂, H₂S, і NH₃ (NH₄ ⁺), є індикаторними хімічними сполуками для полісапробної зони.

Окислені форми: нітрати, нітрит, сульфати витрачаються на окислення і, тому, в полісапробних водах відсутні.

Аніони і катіони елементів із змінним ступенем окислення, які не приймають безпосередньої участі в біохімічних процесах, що протікають в полісапробной зоні, унаслідок низького окислювального потенціалу середовища, присутні у відновних формах. Наприклад, залізо присутнє у вигляді Fe²⁺. Значні кількості іонів у відновній формі і органічних сполук, що напіврозклалися, обумовлюють високі значення окислюваності, а також СО₂ і БCК, відповідно.

Разом з відновними процесами протікають окислювальні процеси мінералізації органічної речовини за участю кисню нітратів і розчиненого кисню по схемі:

Як випливає з рівняння, одним з продуктів окислення органічної речовини нітрат-іонами є аміак. У присутності кисню відбувається окислення частини аміаку до нітрит-іонов:

Процес здійснюється за допомогою автотрофних бактерій Nitrosomonas. Подальше окислення нітриту до нітратів в мезосапробной зоні не відбувається із-за достатньо високого окислювального потенціалу. З розглянутих вище хімічних рівноваг виходить, що для хімічного складу води мезосапробной зони характерна присутність деякої кількості аміаку (відновлена форма азоту), окислені форми азоту представлені нітрит- іонами; сірководень зазвичай відсутній, оскільки сульфат-іон не бере участь в окислювальних процесах. Концентрація СО₂, БCК і окислюваність знижуються. Окислювальні процеси більшою мірою розвиваються у β-мезосапробной зоні, прилеглій до зони чистої води. β- мезосапробні води характеризуються деяким самоочищенням. У них разом з відновними процесами розвиваються процеси окислення за рахунок кисню, що виділяється хлорофілвмісними організмами. Тому, хімічний склад вод характеризується наявністю невеликого змісту кисню і наявністю слабоокисленних азотистих сполук, таких як аміак і амінокислоти. Відновні процеси розвиваються в β-мезосапробной зоні, що граничить з полісапробною зоною. У β-мезосапробних водах домінують окислювальні процеси. Характерною ознакою є наявність всіх трьох форм мінералізації білка. Це амонійні сполуки, нітрати і нітрити. Мінералізація органіки відбувається за рахунок аеробного окислення.

До евтрофних водоймищ відносяться неглибокі (до 10.15 м) рівнинні озера з рясним надходженням біогенів. Влітку в масовій кількості розвивається фітопланктон і відповідно рясні бактеріо- і зоопланктон, зообентос.

Грунти мулисті, прозорість води низька, кольоровість висока. Літораль добре виражена, сильно заростає макрофітами. Водна маса гіполімніона в порівнянні з епілімніоном мала, бідна киснем. Водна товща прогрівається до дна. У евтрофному озері вода поганої якості з низькою концентрацією розчиненого кисню і надмірною біомасою; у геологічному сенсі подібне озеро незабаром зникне. В деяких випадках водні маси можуть бути пересичені біогенними речовинами - гіпертрофні. На цій стадії зростання водоростей лімітується світлом або температурою, а не доступністю біогенних речовин. Такі екологічні системи мають нестійкий стан, який приводить до періодичних «катастроф», після чого в озері виникає загальна аноксія і услід за цим відмирання біомаси в крупних масштабах.

При евтрофікації водна екосистема послідовно проходить декілька стадій. Спочатку відбувається накопичення мінеральних солей азоту і фосфору у воді. Ця стадія, як правило, нетривала, оскільки лімітуючий елемент, що поступає, негайно залучається до кругообігу і наступає стадія інтенсивного розвитку водоростей в епілімніоні. Наростає біомаса фітопланктону, збільшується каламутність води, підвищується концентрація кисню у верхніх шарах води.

Потім наступає стадія відмирання водоростей, відбуваються аеробна деградація детриту. Інтенсивно відкладаються донні мули з підвищеним вмістом органіки. відбуваються зміни зооценозу (заміщення лососевих риб короповими).

Нарешті, наступає повне зникнення кисню в глибинних шарах і починається анаеробне бродіння. Характерне утворення сірководню, органічних сполук сірки і аміаку.

Небезпеці евтрофікації піддаються навіть моря. Так, в даний час Північне море отримує азоту в 4 рази більше фонового рівня, фосфатів - в 7 разів більше фонового. Від цього приросту 37 % азоту і 68 % фосфату - з побутових стічних вод, 60 % азоту і 25 % фосфатів - з сільськогосподарських змивів.