Дослідження фактичної та потенційної ефективності самоочищення водного середовища на прикладі р. Тетерів (м. Житомир)

Актуальність дослідження. Вода в р. Тетерів в районі міста Житомир характеризується підвищеними показниками органічного забруднення. Стічні води, які містять суспензії органічного походження або розчинену органічну речовину, згубно впливають на стан водойми. Осідаючи, суспензії замулюють дно і затримують розвиток або зовсім припиняють життєдіяльність мікроорганізмів, які беруть участь у процесі самоочищення вод. Наявність суспензій ускладнює також проникнення світла в водні глибини і сповільнює процес фотосинтезу. Вода повинна відповідати всім державним стандартам по органолептичному, хімічному та бактеріологічному складу [1,2].
Однією з основних санітарних вимог, що висуваються до якості води, є вміст у ній необхідної кількості кисню. Шкідливий вплив мають усі речовини, які так чи інакше сприяють зниженню вмісту кисню у воді. Поверхнево активні речовини, жири, олії, мастильні матеріали утворюють на поверхні води плівку, яка перешкоджає газообміну між водою й атмосферою, що знижує ступінь насиченості води киснем [3]. Тому визначення біохімічного поглинання кисню (БПК) є особливо актуальним.
Формулювання задачі. Метоюдослідження було встановлення фактичних значень показника БПК в річці Тетерів (район міста) та прогнозування його змін. Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні задачі: встановити фактичні значення БПК через 1, 3, 5, 20 діб в річці Тетерів в межах міста, дослідити їх зміни залежно від пори року, здійснити прогнозування самоочисної здатності річки. Дослідження виконувались на кафедрі природничих наук Житомирського державного технологічного університету протягом 2011 – 2012 рр.
Методи досліджень. Динаміка БПК, до певної міри, відображає динаміку процесів аеробної деструкції органічних речовин за певний проміжок часу – 1 доба, 3 доби, 5 діб, 20 діб. Виходячи з мети і завдань досліджень, цей показник визначався відповідно як БПК1, БПК3, БПК5, БПК20 (або БПКповн). При відборі проб води з водоймища враховувались біологічні сезони,  які дещо відрізняються від календарних.
Показник БПК визначався за допомогою методу Вінклера (чутливість від 0,05 мгО2/л). Для оцінки самоочисної здатності водного середовища використовувався метод добавок [4]. Суть методу полягає у введенні стандартного "додаткового" забруднювача в досліджувану профільтровану воду з подальшим визначенням співвідношення БПК досліджуваної (з добавками) і БПК контрольної проби. Прийнято, що у разі якісної невідповідності мікроорганізмів і субстрату, що додається в пробу, час їх адаптації до доданого субстрату буде приблизно однаковим в експериментальній посудині і у водоймищі. Метод добавок дозволяє орієнтовно оцінити: потенційну здатність водної мікрофлори до утилізації поживних речовин; самоочисну здатність водного середовища; толерантність водного середовища до дії антропогенних чинників.
Експеримент проводився при температурі води, рівною 20 °С. Його тривалість складала від 1 доби до 5 діб залежно від поставленого завдання, як добавка-забруднювач використовувався амоній нітрат. Після закінчення часу експозиції визначались відповідно БПК1, БПК3, БПК5.
Обговорення результатів. Для вирішення поставлених задач були проведені експериментальні дослідження по визначенню фактичного вмісту кисню в воді, який проводився методом Вінклера. Результати визначення вмісту розчиненого кисню представлено в табл. 1.

Таблиця 1 – Вміст розчиненого кисню в воді р. Тетерів (м. Житомир)


Кількість діб

0

1

3

5

20

Вміст кисню, мг/л (зимовий період)

7,08 ± 0,03

6,82 ± 0,02

3,96 ± 0,01

3,35 ± 0,02

2,48 ± 0,01

Вміст кисню, мг/л (весняний період)

7,63 ± 0,04

4,20 ± 0,02

2,74 ± 0,06

0,88 ± 0,11

не проводилось

Як видно, фактичний вміст кисню у воді становить 7,08 ± 0,03 мг/л в зимовий період та 7,63 ± 0,04 мг/л в весняний період. Тобто, вода в р. Тетерів (м. Житомир) характеризується зниженим вмістом кисню, внаслідок чого процеси самоочищення водойми уповільнюються та кількість не розкладених органічних речовин буде зростати, зумовлюючи значне органічне забруднення водного середовища. На основі отриманих даних були обчислені показники БПК за 1, 3, 5 та 20 діб – БПК1, БПК3, БПК5 та БПК20 відповідно (табл. 2).

Таблиця 2 – БПК води р. Тетерів (м. Житомир) в зимовий та весняний період


БПК, мг/л

БПК1

БПК3

БПК5

БПК20

Зимовий період

0,26

3,12

3,73

4,60

Весняний період

3,43

4,89

6,75

не проводилось

Дослідження показали, що в зимовий період р. Тетерів по рівнях трофності водоймища за показником БПК5 відноситься до евтрофних (БПК5 в межах 2 – 6 мгО2/л), а в весняний період – до гіпертрофних (БПК5 в межах

6-14 мгО2/л). Одержані кількісні показники БПК вказують на те, що р. Тетерів має підвищений вміст органічних речовин, тобто, органічне забруднення.
Здатність водойми до самоочищення має певні межі. В процесах самоочищення найважливішу роль відіграє кисень. Тому для оцінки ступеня забруднення води відкритої водойми і здатності її до самоочищення, поряд із санітарними показниками забруднення, визначають кількість розчиненого кисню і біохімічне споживання кисню протягом 5 днів в 1 літрі води (БПК5).
Для прогнозування самоочисної здатності водойми проводились дослідження з використанням методу добавок. До досліджуваної води додавались різні концентрації забруднюючої речовини (NH4NO3): 10, 15 та 20 мг/л та визначався вміст кисню та показник БПК (табл. 3). Додавання як добавки саме NH4NO3 було обумовлене тим, що досліджувана водойма має початковий підвищений вміст амонійного нітрогену.

Таблиця 3 – Вміст розчиненого кисню у воді р. Тетерів при використанні добавки-забруднювача

Концентрація добавки NH4NO3, мг/л

Вміст кисню, мгО2/л через 1,3,5 діб

0

1

3

5

Контроль

7,63 ± 0,04

4,20 ± 0,02

2,74 ± 0,06

0,88 ± 0,11

10

7,15 ± 0,11

4,03 ± 0,01

2,64 ± 0,01

0,79 ± 0,03

15

7,00 ± 0,09

3,97 ± 0,03

2,62 ± 0,01

0,72 ± 0,01

20

6,62 ± 0,06

3,76 ± 0,03

2,41 ± 0,02

0,60 ± 0,04

Дослідження показали, що зі зростанням концентрації добавки-забруднювача вміст розчиненого у воді кисню спадає. Значення БПК також зі зростанням концентрації забруднювача спадають (табл. 4).  Це підтверджує попередні результати щодо приналежності водойми до гіпертрофної.

Таблиця 4 – Показники БПК при використанні добавки-забруднювача


Концентрація добавки NH4NO3, мг/л

Показники БПК, мг/л

БПК1

БПК3

БПК5

Контроль

3,43

4,89

6,75

10

3,12

4,51

6,36

15

3,03

4,38

6,28

20

2,86

4,21

6,02

Таким чином, при збереженні початкових умов річка буде замулюватися, і як наслідок, буде спостерігатися розвиток гіпертрофної рослинності. Досліджувана р. Тетерів (м. Житомир) має доволі низьку самоочисну здатність. Це означає, що стійкість екосистеми порушена.
Після математичної обробки експериментальних даних по вивченню потенційної здатності водної мікрофлори до утилізації поживних речовин було одержане рівняння залежності БПК5 (Y) від концентрації добавки-забруднювача (x): Y = – 0,03х + 6,69 [5]. Величина достовірності апроксимації дорівнює R2=0,8817, тому можна стверджувати, що одержана модель описує водну систему і дає змогу спрогнозувати стан водойми.
Самоочищення відбувається за рахунок розбавлення, осідання часток на дно і формування відкладень, розкладання білка до аміаку і його солей за рахунок дії мікробів. Весь процес самоочищення закінчується приблизно за місяць. Дослідження показали, що здатність р. Тетерів до самоочищення порушена, тому що практично весь кисень, який міститься в водоймі, витрачається за 6-10 діб. За результатами проведених досліджень можна зробити наступні висновки:

  • Фактичний вміст розчиненого кисню в воді становить 7,08±0,03 мг/л  в зимовий період та 7,63±0,04 мг/л в весняний період.
  • БПК змінюється  залежно від  пори року.  Показник БПК5 в зимовий період становить 3,73 мг/л, а в весняний – 6,75 мг/л.
  • Побудована модель залежності БПК5 від концентрації забруднюючої речовини NH4NO3:  у =-0,03х + 6,69 дає можливість прогнозувати здатність водойми до самоочищення.

Список літератури

  1. Комплексные оценки качества поверхностных вод. Л.  1984. Малі річки України: Довідник / За ред.
  2. А.В. Яцика. К., 1991.
  3. Оценка ресурсов и качества поверхностных вод / Под ред. В. А. Скорнякова, К. К. Эдельштейна. – М.: Изд-во МГУ, 1989. – 197 с.
  4. Органічне забруднення вод гідрографічної мережі Житомирського району / А.Ф. Щербатюк,
  5. В.П. Фещенко // Вісник Житомирського національного агроекологічного університету. – 2010. – №2. – С. 206-214.
  6. Верниченко-Цветков Д.Ю. Потенциальная способность поверхностных вод к самоочищению // Естественные и технические науки. – 2006. – №1. – С. 106-108.
  7. Принципи моделювання та прогнозування в екології / В.В. Богобоящий, К.Р. Курбанов, П.Б. Палій та ін. – К. : Центр навч. л-ри, 2004. – 216 с.

Дослідження фактичної та потенційної ефективності самоочищенння водного середовища на прикладі р. Тетерів (м. Житомир) [Електронний ресурс]  / Скиба Г.В.  // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/doslidzhennya-faktychnoyi-ta-potenciynoyi-efektyvnosti-samoochyshchennya-vodnogo

Topics: 
Оцінка: 
0
No votes yet