Е.А. Зилов
Гидробиология и водная экология
Учебное пособие. – Иркутск: Иркут. ун-т, 2007.
Раздел 4. Загрязнение водных экосистем
18. Загрязнение бытовыми сточными водами
Старейшим видом загрязнения вод являются прямые отходы
человеческой жизнедеятельности. В пересчете на сухое вещество каждый взрослый
человек за год «производит» около 20 кг органического вещества, 5 кг азота
и 1 кг фосфора. Первоначально эти отходы напрямую использовались в
качестве удобрений, затем появились первые земляные уборные. Часть отходов при
этом неизбежно попадала в источники питьевой воды. Именно поэтому большие
города уже в древности стали строить водопроводы из достаточно удаленных от
мест скопления людей источников.
С появлением ватерклозетов вторично возникла идея простого
решения проблемы – разведения отходов и удаления их от места сброса. Объемы, а
затем и состав подлежащих очистке сточных вод существенно изменились.
Коммунально-бытовые стоки поступают в настоящее время не только из жилых
зданий, но и из больниц, столовых, прачечных, небольших промышленных
предприятий и т.п. Современные бытовые стоки, кроме собственно легкоокисляемых
органических веществ и биогенных элементов содержат множество веществ,
использующихся в повседневном обиходе: детергенты и СПАВ, химикалии,
лекарственные препараты и т.д.
Поступающие в водотоки и водоемы легкоокисляемые органические
вещества подвергаются там химическому и микробиологическому окислению. Для
измерения содержания органических веществ в воде принято пользоваться величиной
биохимического потребления кислорода за 5 сут. (БПК5, BOD5 – Biochemical Oxygen
Demand). Ее определяют по разнице содержания в воде кислорода при отборе пробы
и после пяти суток инкубации без доступа кислорода. БПК5, отражая содержание
легкоокисляемой органики в воде, является универсальным показателем, используя
который можно сопоставить степень загрязнения от разных источников. Так, в
таблице 21 загрязнение от предприятий различного профиля выражено в
эквивалентах загрязнения от людей.
Таблица
20
Загрязненность
органикой промышленных сточных вод в эквивалентах бытовых стоков
Производство
|
Суточная продукция или переработка
1 т
|
Эквивалент стоков от человек
|
Деревообрабатывающий завод
|
Древесной стружки
|
50-80
|
Молокозавод
|
Молока
|
30-80
|
Бойня
|
1 голова крупного рогатого скота
или 2,5 свиньи
|
70-200
|
Сырозавод
|
Молока
|
100-250
|
Крахмальный завод
|
Кукурузы или пшеницы
|
800-1000
|
Бумажный комбинат
|
Бумаги
|
100-300
|
Завод
по производству искусственного волокна
|
Материала
|
500-700
|
Сахарный завод
|
Сахарной свеклы
|
120-400
|
Льномочильная фабрика
|
Льна
|
750-1150
|
Спиртовый завод
|
Пшеницы
|
1500-2000
|
Шерстомойня
|
Шерсти
|
2000-3000
|
Предприятие по отбеливанию тканей
|
Изделий
|
2000-3500
|
Фабрика-прачечная
|
Грязного белья
|
700-2300
|
Пивоваренный завод
|
Пива
|
300-2000
|
Целлюлозная фабрика
|
Целлюлозы
|
4000-6000
|
Кожевенный завод
|
Кожи
|
1000-4000
|
Последствия загрязнения бытовыми сточными водами
Легкоокисляемое органическое вещество, в избытке содержащееся
в коммунально-бытовых стоках, становится питательной средой для развития
множества микроорганизмов, в том числе и патогенных. В нормальной почве
содержится большое количество микроорганизмов, способных вызывать тяжелые
инфекционные заболевания. Обычно питьевая вода защищена от вторжения этих
микроорганизмов тем, что содержание в ней доступной пищи для бактерий
(легкоокисляемых органических веществ) невелико и практически все они
используются нормальной водной микрофлорой. Однако со значительным ростом
концентрации органики в воде почвенные патогенные микроорганизмы находят
достаточно источников пищи для себя и могут стать источником вспышки инфекции.
Кроме того, повышение количества органики в воде стимулирует рост и
непатогенной микрофлоры, служащей, в свою очередь, пищей для более крупных
возбудителей заболеваний – ряда амеб (как это было, например, с амебами,
вызвавшими вспышку менингоэнцефалита с летальным исходом среди флоридских
подростков), других паразитов, проводящих в воде значительную часть своего
жизненного цикла. В условиях избытка питания могут развиться и почвенные
грибки, продуцирующие канцерогенные вещества, например, афлотоксины. Кроме
того, множество патогенных бактерий попадает в воду непосредственно с
коммунально-бытовыми сточными водами. Найдя там условия благоприятные для
размножения, они развиваются в массовых количествах. Водоемы замедленного
водообмена (озера и водохранилища) при неконтролируемом бытовом загрязнении
легко превращаются в очаги инфекций.
Кроме непосредственной опасности развития патогенных
организмов в воде, загрязненной бытовыми стоками существует другое непрямое
неприятное для человека последствие этого вида загрязнений. При разложении
органического вещества (и химическом, и микробиологическом), как мы уже
упоминали выше, потребляется кислород. В случае тяжелого загрязнения содержание
растворенного в воде кислорода падает настолько, что это сопровождается не
только заморами рыбы, но и невозможностью нормального функционирования
микробиологических сообществ. Происходит деградация водной экосистемы. В
проточных водах и в водоемах картина последствий загрязнения бытовыми стоками
выглядят по-разному.
В проточных водах образуются четыре, следующие друг за другом
по течению, зоны. В них совершенно четко выражены градиенты содержания
кислорода (увеличение от места сброса вниз по течению), биогенных веществ и БПК5
(соответствующее снижение), видового состава биологических сообществ.
Первая зона – зона полной деградации, где происходит
смешивание сточных и речных вод. Далее располагается зона активного разложения,
в которой микроорганизмы разрушают большую часть попавших органических веществ.
Затем следуют зоны восстановления качества воды и, наконец, чистой воды.
Еще в начале ХХ в. Р. Кольквитц и М. Марссон
привели списки индикаторных организмов для каждой из этих зон, создав так
называемую шкалу сапробности (от «сапрос», гр. – гнилой).
В первой зоне – полисапробной содержится значительное
количество нестойких органических веществ и продуктов их анаэробного распада,
много белковых веществ. Фотосинтез отсутствует, и кислород поступает в воду
только из атмосферы, полностью расходуясь на окисление. Анаэробные бактерии
вырабатывают метан, Desulfovibrio desulphuricans восстанавливает
сульфаты до сероводорода, что способствует образованию черного сернистого
железа. Благодаря этому ил черный, с запахом сероводорода. Очень много сапрофитной
микрофлоры, нитчатых бактерий, серных бактерий, простейших – инфузорий,
бесцветных жгутиковых, олигохет – тубифицид.
В следующей за ней б-мезосапробной зоне идет аэробный распад
органических веществ. Аммонийные бактерии метаболизируют азотные соединения с
образованием аммиака. Высокое содержание углекислоты, кислорода все еще мало,
но сероводорода и метана уже нет, БПК5 составляет десятки мг л-1.
Сапрофитные бактерии исчисляются десятками и сотнями тысяч в 1 мл. Железо
присутствует в окисной и закисной формах. Протекают
окислительно-восстановительные процессы. Ил серого цвета. Преобладают
организмы, приспособившиеся к недостатку кислорода и высокому содержанию
углекислоты. Много растительных организмов с миксотрофным питанием. В массе
развиваются нитчатые бактерии, грибы, осциллятории, хламидомонады, эвглены.
Встречаются сидячие инфузории, коловратки, много жгутиковых. Много тубифицид и
личинок хирономид.
В в-мезосапробной зоне практически нет нестойких органических
веществ, они почти полностью минерализовались. Сапрофитов – тысячи клеток в мл.
Содержание кислорода и углекислоты колеблется в зависимости от времени суток.
Ил желтый, идут окислительные процессы, много детрита. Много организмов с
автотрофным питанием, наблюдается цветение воды. Встречаются диатомеи, зеленые,
много протококковых водорослей. Появляется роголистник. Много корненожек,
солнечников, инфузорий, червей, моллюсков, личинок хирономид. Встречаются
ракообразные и рыбы.
Олигосапробная зона соответствует зоне чистой воды. Цветения
не бывает, содержание кислорода и углекислоты постоянно. На дне мало детрита,
автотрофных организмов и червей, моллюсков, хирономид. Много личинок поденок,
веснянок, можно встретить стерлядь, гольяна, форель.
В водоемах замедленного водообмена картина зависит от
размеров водоема и режима сброса сточных вод. В больших водоемах (морях,
крупных озерах) вокруг постоянно действующего источника образуются,
концентрически расположенные, поли-, мезо и олигосапробная зоны. Такая картина
может сохраняться неопределенно долгое время, если самоочистительный потенциал
водоема позволяет ему справляться с поступающей нагрузкой. Если водоем
небольшой, то он трансформируется, по мере поступления загрязнений из
олигосапробного в полисапробное состояние, а со снятием нагрузки может
вернуться в олигосапробное состояние.
***
Рассмотренное выше эвтрофирование также, как правило,
является следствием загрязнения бытовыми сточными водами, хотя мы видели и
много других его источников.
|