Проблемы водоснабжения из-за жары

Я корреспондент отдела экономики "Новой газеты". В настоящее время наша редакция готовит материал, посвященный проблемам с водоснабжением, которые возникли в разных регионах России из-за аномальной жары. Особенно нас волнуют вопросы, связанные с состоянием поверхностных вод - многие водохранилища мелеют и "зацветают". Чем это чревато для потребителей воды? Какие микроорганизмы могут активно размножаться в воде в таких условиях? Способны ли очистные сооружения справляться с такими загрязниями?

Здравствуйте, Зинаида!

Большое спасибо за интерес к нашему сайту.

Воды поверхностных водоёмов подвержены всем видам контаминации. Загрязнение их микроорганизмами, попадающими со сточными, ливневыми, талыми водами, резко изменяет микробный фон и санитарный режим водоёма.

Основной путь микробного загрязнения водоёмов — попадание неочищенных городских отходов и сточных вод в близлежащие озёра, пруды, реки. При паводках, разливах рек, наводнениях или сильных ливнях возможно переполнение колодцев, родников и попадание в них сточных вод.

Количество микроорганизмов в воде поверхностных стоков в летний период может увеличиваться до 2,8-3 млн в 1 мл. В период паводка возможно вторичное загрязнение водопроводной сети. Микрофлора хозяйственно-фекальных сточных вод состоит из микроорганизмов, выделяемых из кишечника человека и животных, среди которых имеются представители нормальной и условно-патогенной флоры.

Каждый водоём – сложная живая система, где обитают бактерии , водоросли , высшие водные растения. Общая их деятельность обеспечивает самоочищение водоёмов. Факторы самоочищения многообразны. Их можно разделить на 3 группы: физические, химические и биологические. Среди физических факторов первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафиолетового излучения солнца. К химическим факторам самоочищения относится окисление органических и неорганических веществ. Санитарный режим водоёма характеризуется, прежде всего, количеством растворённого в нём кислорода. К биологическим факторам самоочищения водоемов относятся полезные микроорганизмы: сапрофитные бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли, для которых основным источником энергии и жизнедеятельности является потребление неживого органического материала. Полезная микрофлора водоема отвечает за своевременное удаление неживой органики, поддержание баланса питательных элементов, уничтожение вредных и патогенных микроорганизмов. Чрезмерное загрязнение подрывает самовосстановительные способности водоемов, в загрязненном водоеме полезная микрофлора подавляется, меняются соотношения между отдельными группами микроорганизмов и в целом изменяется направление метаболизма. В постоянно загрязняемых водоемах число полезных микроорганизмов в субстратах загрязнителях насчитывает, не более нескольких тысяч единиц на 100 граммов субстрата, одни группы микроорганизмов сохраняют присутствие, в то время как количество других критически уменьшается.

С экологической точки зрения микрофлору водоемов принято де­лить на аутохтонную и аллахтонную.

Аутохтонная миклофлора - естественная постоянная микрофлора дан­ного водоема. Огромное большинство видов, сюда относящихся, мезофилы-оптимум их роста при температуре 18-20°С. В водоеме с низкой температурой развиваются психорофильные микробы, в горячих водо­источниках - термофильные. В целом аутохтонная микрофлора спо­собствует самоочищению водоемов.

Аллохронная микрофлора поступает в водоемы извне - со стоками, смывами. Эта микрофлора в воде обычно длительно не сохраня­ется, так как водная среда, куда она попадает, по своему химическо­му составу, температуре, концентрации водородных ионов, как прави­ло, не соответствует оптимальным условиям существования данных ви­дов. Более длительному сохранению в водоемах аллохтонной микро­флоры может способствовать одновременное поступление в эти же во­доемы субстратов, в которых находилась эта микрофлора (например - фекалий, мокроты).

Формирование микрофлоры водоемов за­висит от следующих факторов:

1.      обилия и постоянства источников загрязнения; 

2.      близости и величины населенных пунктов, расположенных по бе­регам водоемов; 

3.      сезонных и метеорологических факторов;

4.      физико-химических особенностей водоема;

5.      глубины водоема и характера донных отложений;

6.      видового состава и количества гидробионтов;

7.      широты местности.

Ниже приводятся материалы о патогенной микрофлоре открытых пресноводных водоемов по материалам работ последних десятилетий.

Гельминты. На большинстве территорий СНГ в воде чаще других обнаруживаются яйца аскарид. Так, по данным Н.Н.Еремеева (1953) яй­ца паразитов обнаруженных в воде рек и каналов по видовому составу распре­делялись следующим образом: яйца аскарид -78,2%, широкого лентеца - 18,2%, власоглава - 2%, остриц - 1,6%. Зараженность воды гельминатами на разных территориях колеблет­ся в широких масштабах. Так, на Украине она составляла, в районе Харькова, в среднем 2,4 яйца на 1 литр (С.М. Вишневская с соавт, 1956), в районе Львова на р. Полтаве от 0,3 до 9,5 на 1 литр (В.Ф.Малашенко, 1957). Значительно выше эти показатели в каналах, проходящих через территорию г.Ташкента (Е.А.Баннова, 1959). Здесь яйца гельминтов обнаружены в 5,5-19% проб. Повсеместно отмечается, что чем ближе от места выпуска сточных вод отбираются пробы, тем чаще обнаружи­ваются в них яйца гельминтов. Инфестированность водоемов зависит и от времени года. Яйца гельминтов находят не только в воде, но и в донных отложениях.

Условно-патогенная кишечная миклофлора. Эту группу микроорганизмов представляют кишечные палочки, энтерококки, клебсиеллы, клостридии, грибы рода Candida, простейшие и др.), но могут находиться и патогенные — возбудители кишечных инфекций (сальмонеллы, шигеллы, вибрионы, возбудители туляремии, лептоспиры, вирусы полиомиелита, гепатитов А, Е и др.). Опасность заражения последними особенно велика, если в водоёмы попадают недостаточно обеззараженные сточные воды инфекционных больниц или канализационные воды. Контаминация воды водоёмов происходит также при купании людей и животных.

В Акуловском водохранилище, находящимся в зоне строгого режима общее микробное число в разные времена колебалось от 18 до 60; а коли-ин­декс от 9 до 200; в Клязьменском водохранилище, находящемся в зо­не охраны II пояса, соответствующие показатели были от 47 до 370 и от 23 до 6000; и, наконец, в Химкинском водохранилище, расположен­ном вне зон санитарной охраны, где имеется речной порт и пляжи общее микробное число колебалось от 300 до 1800, а коли-индекс от 9 (зимой) до 22000 (осенью). Эти данные убедительно показывают за­висимость аллохтонной микрофлоры от санитарного состояния окру­жающей водоем территории и особенностей использования самого во­доема.

Загрязнение поверхностных вод стало столь значительным, что вызывает тревогу во многих странах. Процессы загрязнения внутренних водоемов обусловлены сбросом в водоемы неочищенных сточных вод; смывом органических веществ и удобрений ливневыми осадками; вмешательством человека в экосистему водоема и прибрежной зоны. В настоящее время в связи с ростом населения, расширением старых и возникновением новых городов значительно увеличилось поступление органических веществ и питательных элементов во внутренние водоемы. Ливневые стоки городов становятся источником заражения рек и озер болезнетворными бактериями. Угрожающие размеры приобрел процесс эвтрофикации водоемов, когда усиливается развитие фитопланктона, особенно сине-зеленых водорослей.

Существует различные "сценарии" интенсивного загрязнения водоемов. Во-первых, загрязнение водоемов органическими веществами происходит в результате естественного поступления в водоем ливневых вод, наноса, опавшей листвы, хвои, веток, стеблей растений, пыльцы цветов, пуха, накапливания в водоеме экскрементов рыб и водоплавающих птиц, отмерших водных растений. Во-вторых, загрязнение водоемов происходит в результате поступления в водоем техногенных отходов - механического мусора, удобрений, навоза, фекалий, нефтепродуктов. Весь этот органический материал частично растворяется в воде, частично тонет, формируя на дне водоема толщу из органических отложений, непрерывно подвергающихся разложению гнилостными грибками и бактериями. Гниение органических веществ забирает из воды огромные количества растворенного кислорода, взамен насыщая воду продуктами распада - соединениями азота, фосфора, так называемыми питательными или биогенными элементами. Еще одним источником поступления питательных элементов в водоем являются отходы ферм и приусадебных участков: удобрения, навоз. Пониженный уровень растворенного кислорода и избыток питательных элементов в водоеме приводят к необратимым процессам нарушения биологического равновесия.

О интенсивном загрязнении водоема свидетельствует любой из следующих признаков. В водоеме высокий уровень донного осадка. Чрезмерное скопление на дне органики, сопровождается размножением вредных микроорганизмов. При этом значительно понижается содержание в воде кислорода. Последствия этого могут быть разными - появившаяся на поверхности маслянистая пленка, разросшаяся ряска, образование анаэробных газов, неприятные запахи и т. п. Вода в водоеме всегда мутная, особенно в теплый период. Мутная вода более интенсивно поглощает солнечные лучи, в результате чего нарушается естественный температурный режим водоема. От водоема исходит неприятный запах. В насыщенной питательными элементами воде начинается скачкообразный рост отдельных видов водных растений, подавляющих остальную флору водоема - простейших водорослей (бурых, сине-зеленых), ряски. Происходит потеря видового разнообразия, то есть заполнение водоема одним видом растительности, который практически полностью вытесняет все остальные. Особенно опасно загрязнение питательными элементами для мелких водоемов. Дело в том, что с наступлением весны мелководье быстро прогревается и донные осадки - отмершие растения, продукты жизнедеятельности рыб и животных - выделяют соединения фосфора и азота, так называемые биогенные вещества, которые попадают в водную толщу и вызывают вспышку цветения микроводорослей. Насыщение водоема питательными веществами приводит к постепенному изменению типа водной экосистемы пруда или озера на эвтрофный - заболачиванию.

Известно несколько стадий загрязнения водоёма. Во-первых, это засорение механическим мусором - опавшей листвой, хвоей, ветками, засохшими стеблями растений, пыльцой цветов, пухом, а также полиэтиленовыми пакетами и другими бытовыми отходами. Весь этот мусор в течение нескольких дней держится на поверхности воды, а потом тонет и начинает гнить. Также "грязным" считается водоём, поверхность которого затянута маслянистой пленкой. От него обычно плохо пахнет. Следующая стадия - потеря видового разнообразия, то есть заполнение водоема одним видом растительности, который практически полностью вытесняет все остальные. Обычно природные водоёмы подвергаются экспансии ряски, рогоза (это растение с широкими листьями и коричневыми соцветиями-початками в обиходе ошибочно именуют камышом), синезеленых водорослей (при сильных вспышках цветения они выделяют опасные для животных, рыб и человека органические токсины).

Избыток в водоеме органических веществ и питательных элементов приводит сначала к нарушению биологического равновесия и подавлению биологического самоочищения водоема а затем к изменению типа экосистемы прудов, озер на эвтрофный - т.е. к заболачиванию. Признаками интенсивного загрязнения являются высокий уровень донного осадка, высокая мутность воды особенно в теплый период, пленка на поверхности водного зеркала, неприятный запах, активное газообразование, периодические заморы, неконтролируемое размножение фитопланктона: сине-зеленые водоросли, тина, ряска. Вспышки размножения cине-зеленых водорослей ("цветение" водоема) чередуются с заморами, т.к. разложение биомассы отмирающих сине-зеленых водорослей забирает из воды жизненно необходимый кислород и вырабатывает питательные элементы для нового массового "цветения".

Загрязнение водоема в первую очередь отрицательно воздействует на ключевой элемент биологического равновесия и самоочищения водоема - состав полезной микрофлоры водоема (биоценоз). Число полезных микроорганизмов в 1 мл. загрязненной воды резко сокращается, обедняется и изменяется их видовой состав, в то же время в грязной воде активно развиваются потенциально опасные микроорганизмы функционирующие при +30-37 С, таким образом загрязнением подавляются микробное самоочищение и самообеззараживание водоема. Водоемы с нарушенным микробиологическим самоочищением быстрее перенасыщаются неокисленной органикой и биогенными элементами, что необратимо приводит к эвтрофикации (заболачиванию) водоема - изменению типа водной экосистемы закрытого ли слабопроточного пруда или озера на болотный. Для спасения и восстановления водоема необходима интенсивная очистка воды и донных отложений от гниющей органики и биогенных элементов, восстановление кислородного режима и механизмов биологического самоочищения водоема. Борьба с загрязнением водоема сине-зелеными водорослями, тиной, ряской также не рассматривается отдельно от очистки водоема от органического и биогенного загрязнения, восстановления биологического баланса и самоочищения.

Для того, чтобы помочь водоему самостоятельно справиться с загрязнением, требуется дополнительная очистка воды от органических веществ и питательных элементов и удаление донных отложений.

Для каждого конкретного водоема имеется комплекс факторов обуславливающих его микробное заражение. Роль отдельных факторов при заражении тех или иных водоемов может меняться в зависимости от характера исследования этого водоема.

Существует четыре основных способа очистки воды: механический, биологический, химический и с помощью ультрафиолетового излучения. Механическая очистка водоема позволяет избавиться от механического мусора. Биологическая нормализует содержание в воде биогенных веществ. Воздействие ультрафиолетовым излучением убивает бактерии и одноклеточные водоросли. Химическая очистка водоема нормализует химический состав водоема.

Из всех методов очистки, только биологическая очистка с помощью специально подобранных штаммом микроорганизмов позволяет восстановить биохимическое самоочищение за счет искусственного восстановления видового состава полезной микрофлоры многократным увеличением концентрации полезных микроорганизмов в водоеме. Восстановление видового состава полезной микрофлоры многократно активизирует процессы самоочистки, ускоряя восстановление биологического равновесия. Для этого в загрязненный водоем вносятся высокие концентрации специально подобранных микроорганизмов, которые присутствуют в почве и экосистемах здоровых незагрязненных водоемов в очень малых количествах, селекционированных и размноженных в форме готового к применению концентрированного биопрепарата.

Примером успешного применения биопрепарата Микрозим(tm) Понд Трит служит очистка в 2003 году Краснопресненских прудов в г. Москва, общей площадью 3000 кв.м., и глубиной 1.5-2 метра. Находящиеся на территории Московского Зоопарка пруды уже на протяжении многих десятилетий служат гнездовьями для таких водоплавающих птиц как пеликаны, лебеди, утки. Берега этих прудов плотно обсажены деревьями. В результате накапливания на дне прудов фекалий водоплавающих птиц, опавшей листвы и веток загрязнение приобрело интенсивный характер: высокая мутность воды, уровень донного осадка толщиной 1 метр, неприятные анаэробные запахи. Начиная с Июня 2003 года по Сентябрь пруды обрабатывались дозами биопрепарата ПОНД ТРИТ. В результате было получено полное исчезновение неприятного запаха в течение одного месяца с начала обработки водоема, существенное увеличение прозрачности воды через два месяца, и снижение уровня донного осадка к Сентябрю. Повторная обработка водоемов препаратом проводилась летом 2004 года. Как сейчас выглядят эти водоемы видно на фотографиях. Последующее применение препарата на водоемах Москвы и Подмосковья в 2004 г., в частности на прудах Историко - Литературного Музея-Заповедника А.С. Пушкина, общая площадь которых составляет 4 гектара, а глубина в отдельных местах достигает 6 метров, показало высокую эффективность биологического самоочищения. Так благодаря применению препарата, было остановлено наступление ряски на эти знаменитые пруды, находившиеся в состоянии близком к заболачиванию, а вода вновь обрела чистоту и прозрачность.

С уважением,

К.х.н. О. В. Мосин