териями в воде встречаются низшие растения, водоросли, мелкие живые организмы.

IV. Сильно загрязненные. В воде происходят процессы гниения. Кислорода в ней либо вообще нет, либо он имеется в ничтожных количествах. Отмечается образование сероводорода. Лишь микроорганизмы продолжают свою жизнедеятельность. В большом количестве встречаются бактерии. Водоросли и высшие растения отсутствуют. Находящаяся в сточной воде в большом количестве отмершая органическая материя не остается в живой природе неизменной. В результате происходящих биологических процессов она подвергается прогрессирующему разложению. При этом органические вещества вовлекаются в процесс обмена веществ живых организмов, пищей которых они являются. Из крупных молекул белков, жиров и углеводов образуются более простые вещества с меньшей молекулярной массой. В ходе этого процесса высвобождается энергия, которая используется для поддержания жизнедеятельности организмов, участвующих в разложении. Конечным продуктом этих процессов распада являются простые органические и минеральные вещества. Водные растения превращают эти простые вещества вновь в высшие соединения. Этот синтез выполняется растениями, которые используют солнечный свет в качестве источника энергии. Таким образом, процессы распада и синтеза определяют круговорот

У/ища гел.

органических веществ в природе. Эти биологические процессы распада имеют большое значение, так как именно они лежат в основе процессов очистки сточных вод, загрязненных органическими веществами. Разложение высокомолекулярных веществ происходит двумя путями. В первом случае в распаде на каж-

дой его стадии участвует кислород воздуха. Этот процесс называют также аэробным разложением. Аэробные, т. е. совершающиеся лишь в присутствии кислорода, процессы поддерживаются фер-(лентами, выделяемыми живыми клетка-)ц1л. Это сложные органические вещества белкового типа, образующиеся в растительных и животных клетках. Они имеют решающее значение для обмена веществ, происходящего у всех живых организмов. Их присутствие значительно ускоряет химические преобразования и способствует скорейшему установлению состояния равновесия. Существует целый ряд ферментов, активно участвующих в процессах разложения высокомолекулярных органических соединений, какими, например, являются белки, жиры и углеводы. При аэробном процессе распада происходит присоединение кислорода к продуктам распада. Этот процесс называют также окислением. Процессы разложения и окисления продолжаются до тех пор, пока весь углерод не превратится в двуокись углерода, водород—в воду, а азот—в нитраты. При аэробном разложении постоянно потребляется кислород. Как мы уже видели, биохимическая потребность в кислороде служит показателем степени загрязнения сточных вод органическими веществами. Аэробные процессы разлои?ения широко распространены в природе. Они постоянно протекают в водоемах, содержащих растворенный кислород, или в хорошо аэрируемых и населенных живыми организмами почвах. При круговороте органической материи продукты распада вновь оказываются исходными веществами для образования высших соединений.

противоположность только что описанным процессам существует другой "уть распада крупных молекул органи-еских веществ на более мелкие части-ЧЬ—анаэробное разложение. Он совер- ается лишь в отсутствие кислорода °здуха. Этот процесс известен также под

названием «гниение». В нем принимают участие живые организмы. Однако в то время как в процессе аэробного разложения участвуют многие виды организмов, процессы гниения осуществляются лишь определенными видами бактерий. При поступлении воздуха в достаточном количестве бактерии гниения подавляются другими организмами, поглощающими кислород. Лишь когда эти организмы из-за недостатка кислорода погибают, могут размножаться анаэробные бактерии. Конечные продукты процессов гниения не похожи на продукты, образующиеся при аэробном разложении. При гниении происходит процесс восстановления. При этом наряду с твердыми соединениями в качестве конечных продуктов образуются различные газы, такие, как метан, углекислый газ, аммиак и сероводород. В конечном счете образующиеся вследствие анаэробного разложения частицы высокомолекулярных органических соединений вновь используются для синтеза новых белков, жиров и углеводов с помощью растений. Таким образом, мы видим, что и при протекании распада по второму пути круговорот органической материи в природе снова замыкается.

Если сточные воды отводятся в водоем или в населенную живыми организмами почву, то упомянутые процессы происходят естественным путем. Живые организмы, отыскивающие себе питание в загрязненных сточных водах, имеются повсеместно. С увеличением количества питательных веществ их число быстро возрастает, а при израсходовании запасов питания . они отмирают. Поскольку сброс сточных вод в водоемы происходит не однократно, а, как правило, носит регулярный характер, то можно считать, что микроорганизмы, находящиеся в наших водоемах, всегда обеспечены необходимыми питательными веществами. После того как загрязнения сточных вод подвергнутся разложению и расщеплению в результате многообразных физи-

TfTTT сооружения

ческих, химических и биологических процессов, они постепенно уносятся вниз от места выпуска сточных вод. Мы называем этот процесс самоочищением водоема. Другими словами, самоочищение воды в реке или озере представляет собой возврат воды в естественное, первоначальное состояние, которое было нарушено в результате сброса в нее сточных вод.

Поскольку сточные воды сбрасываются в водоемы, как правило, непрерывно и в разных местах, то полного возврата воды в первоначальное состояние никогда не происходит. Поэтому в наших густонаселенных промышленных районах нет ни одной реки или озера, вода в которых находилась бы в естественном, первоначальном состоянии. Восстановление такого первоначального состояния практически невозможно и, кроме того, не является необходимым. Поэтому полное восстановление не может явиться целью водохозяйственных мероприятий по защите водных источников. Задачей деятельности человека, направленной на сохранение водоемов, является, таким образом, поддержание и усиление процессов самоочищения воды в водоемах. Особенно важное значение имеют происходящие в проточных водоемах естественные процессы, так как в настоящее время к качеству воды в реках предъявляются самые разнообразные требования. При сбрасывании в воду небольшого ко-

личества сточных вод разложение за. грязнений происходит настолько быстро, что вода ниже места сброса сточных во в скором времени может быть вновь ис-пользована для многих целей и даже для удовлетворения питьевых и произ-водственных нужд. Однако такое быстрое самоочищение воды происходит только тогда, когда вода в любом месте реки содержит достаточное количество кисло, рода, что делает возможным существо, вание в ней растений и живых организмов. В противном случае возникающие при отсутствии кислорода процессы гниения делают водоемы большей частью непригодными для использования. Река в таком случае может рассматриваться всего лишь как большой канал, служащий для отвода сточных вод. Во многих случаях анаэробные процессы происходят лишь в донных отложениях ила медленно текущих рек, тогда как в воде, протекающей поверх осевшего ила, содержится еще достаточное количество растворенного кислорода. Поскольку количество оседающего ила увеличивается не слишком быстро, то это явление в большинстве случаев не имеет большого значения для самоочищения рек. Удалением осадка из сточных вод на очистных сооружениях, вычерпыванием ила из реки или регулирование»* потока можно уменьшить количество ила, отлагающегося на дне реки. При сбросе сточных вод ■ небольшие водоемы наблюдается помутнение воды, вызываемое попавшими в нее вместе со сточной водой взвешенным* веществами. Солнечный свет больше не может проникать сквозь толщу мутной воды, и водные растения не получаю! достаточного количества солнечно* энергии. Поэтому они уже не могут перерабатывать загрязнения в количествах! необходимых для образования высши) соединений. В ходе процессов, которы* вследствие участия в них солнечного света называют фотосинтезом, растения выделяют кислород, растворяющийся 8 воде, и, таким образом, количеств

гг

TCicCjiojooya.

кислорода может быть увеличено в желаемых пределах. В результате помутнения воды, вызванного сильным загрязнением, с одной стороны, уменьшается количество вырабатываемого растениями кислорода, а с другой—из-за увеличения количества питания за счет разлагающихся веществ значительно увеличивается количество животных организмов, для жизнедеятельности которых требуется больше кислорода. Оба процесса ведут к сокращению количества кислорода в месте сброса сточных вод. Положение становится критическим, когда содержание растворенного кислорода снижается до 3—4 г/м , так как в этом случае погибает рыба. Гибель рыбы в водоеме всегда свидетельствует о превышении допустимых норм загрязнения водоемов сточными водами. Чем больше и разнообразнее мир живых организмов, принимающих участие в разложении органических загрязнений, тем быстрее происходят преобразования в водоемах. Для того чтобы вода в реке обладала высокой самоочищающей способностью, в ней должно содержаться множество разнообразных живых организмов. Отсюда становится вполне понятным удивительное на первый взгляд обстоятельство, когда совсем чистый Водоем обладает меньшей способностью Самоочищения по сравнению с уже загрязненным. Это участие органических за-

грязнений в процессе очистки—предпосылка того, что в воде имеется достаточное число живых организмов, способных справиться с вновь поступающими в водоем сточными водами, в особенности с производственными. По этой причине на канализационных очистных станциях не предусматривается полная очистка сточных вод путем удаления из них всех загрязнений, хотя такая очистка технически вполне возможна. Некоторую часть работы по окончательной очистке сточных вод оставляют водоемам, используя их способность к самоочищению. Обогащение водоемов питательными веществами в результате сброса в них сточных вод, содержащих органические вещества, приводит к нарушению биологического равновесия (этот процесс называют эвтрофикацией водоема). Превышение определенных пределов загрязнения вызывает массовое развитие животных и растительных организмов. При этом в таких водоемах, как и везде в живой природе, постоянно происходят процессы их возникновения и отмирания. При отмирании части организмов происходит обогащение водоемов органическими веществами. Трупы животных организмов и остатки погибших растений представляют собой органические продукты распада, так же как загрязнения, попадающие в водоемы вместе со сточными водами. При их разложении повышается потребность водоема в кислороде и, кроме того, увеличивается количество донного ила в результате отложения отмирающих организмов на дне водоема. Богатые питательными веществами озера таким образом в течение короткого времени стареют. Вследствие увеличения слоя перегнившего ила озеро постепенно мелеет. Одновременно происходит разрастание прибрежных растений по направлению к середине озера. Так, свободная водная поверхность озера постепенно уменьшается. Озеро превращается в пруд, а затем и вовсе исчезает. На месте озера образуется болото и, на-

конец, обычная твердая земля. Таким образом, животный и растительный мир водоема сам роет себе могилу и вынужден уступить место организмам твердой почвы.

Процесс старения богатых питательными веществами водоемов происходит в течение долгого времени естественным путем, без вмешательства в него человека. Однако из-за отвода сточных вод в водоемы этот процесс может быть ускорен настолько, что уже спустя несколько лет они изменяются до неузнаваемости. Это можно было особенно хорошо проследить на примере некоторых альпийских озер в Швейцарии (до принятия мер по ограничению сброса сточных вод в водоемы).

Для проточных водоемов тревожным показателем перенасыщенности их питательными веществами является не столько обмеление этих водоемов, сколько все возрастающее обесценивание их для многостороннего использования. Проведенные за последнее десятилетие органами санитарного надзора исследования показали, что загрязненные сточными водами реки непригодны для купания. Процесс обработки речной воды для подготовки из нее технической и питьевой воды все более усложняется, а соответственно с этим возрастают и материальные затраты. Наглядным подтверждением сильного загрязнения водоемов, рассматриваемых как все еще сравнительно чистые, является так называемое цветение воды вследствие массового разрастания водорослей определенного вида. Водоросли, окрашивающие воду водоемов в зеленый цвет, отмирая толстыми слоями, отлагаются вдоль берегов. Попадая на фильтры водопроводных станций, работающих на речной воде, эти водоросли снижают их пропускную способность, вызывая тем самым необходимость частой очистки фильтров. Многие реки в промышленных районах окончательно потеряли свой первоначальный характер и представляют со-

тепень очистки CaAUi-909SZ -огищеыил

бой всего лишь биологически омертвевшие русла для отвода сточных вод. При этом ущерб, наносимый народному хозяйству, оценивается миллионами марок, что требует принятия безотлагательных мер по охране водоемов. Во многих странах охрана водоемов является важной общественной задачей. В Германской Демократической Республике эта задача целенаправленно претворяется Управлением водного хозяйства и подведомственными ему органами. Юридические основы пс охране водоемов установлены законом по охране водных ресурсов от 2 июля 1982 г. и законом об охране сельскохозяйственных культур от 14 мая 1970 г. Если путем проведения комплексных мероприятий не допускать загрязнения водоемов сточными водами выше определенных пределов, то ч»сть работы по очистке может быть заменена естественными процессами салоочищения. В противном случае потребовались бы значительные материальные затраты на очистные сооружения. Такое регулирова-

ние позволяет не только снизить затраты, но прежде всего отвечает интересам использования водоемов в народном хозяйстве. Чистая вода рек и ручьев используется для орошения сельскохозяйственных земель. Благодаря использованию водоемов для рыболовства часть органических веществ в виде продуктов Питания человека вновь вовлекается в круговорот веществ. Наконец, чистые водоемы используются как места отдыха и для занятий спортом. Из этой главы мы узнали о том, какое Влияние может оказывать деятельность человека на естественные процессы—круговорот воды в природе и круговорот органических веществ—и как при зтом нарушается состояние естественного равновесия. В целях регулирования этого

воздействия на круговорот воды и веществ органами контроля за качеством и расходованием воды разработаны эффективные меры, которые являются фундаментальной основой водного хозяйства и защиты водоемов. Выдвигаемые при этом задачи следует решать комплексно, так как вода находит в народном хозяйстве столь разнообразное применение, что любое частное решение не будет действенным.

Теперь, когда мы обсудили вопросы, касающиеся «большого мира» водного хозяйства и охраны водоемов, совершим экскурс в «малый мир», а именно, познакомимся с техникой очистки сточных вод в той степени, в какой она представляет интерес для садоводов-любителей.