CC BY
33
С. М. ДРАЧЕВ (Москва)
Влияние взвешенных веществ на санитарное состояние водоемов
Из отдела водоохраны Московского санитарного института им. Эрисмана
Природа веществ, находящихся в воде в нерастворенном состоянии, весьма разнообразна. В естественных незагрязненных водоемах наиболее существенными твердыми примесями являются: 1) смесь трудно растворимых почвенных частиц — терригенная взвесь, 2) фито- и зоопланктон и продукты его распада и 3) выпадающие в водоеме в силу биохимических и химических реакций минеральные соединения. В загрязненный водоем, помимо указанных веществ, попадают разнообразные продукты деятельности человека, из которых наиболее постоянными являются взвешенные вещества хозяйственно-фекальных и промышленных сточных вод, стоки метеорных вод с заселенной площади и отбросы судоходства, в том числе нефть и другие масла.
Настоящая статья в основном освещает вопрос о влиянии взвешенных веществ, главным образом терригенной взвеси, на санитарное состояние водоема в отношении газового и отчасти солевого режима его. Некоторые из публикуемых материалов касаются роли планктона или, точнее, продуктов его распада.
Терригенная взвесь. В результате эрозионной деятельности воды и ветра в водоем попадает много почвенных и грунтовых частиц. Наибольшее влияние на биохимический режим водоема оказывают частицы верхнего слоя почвы, аккумулирующие ряд биогенных элементов органического углерода, азота, фосфора. Количество почвенных частиц, смываемых с полей, подсчитывалось неоднократно. Особенно много соответствующих данных имеется в литературе США, где вопросы эрозии почв вследствие нерациональной эксплоатации последних приобрели характер национального бедствия. Ряд материалов собран и по СССР. Для зоны подзолистых почв величина смыва вешними водами составляет 2—3 т с 1 га. Для черноземных почв смыв за год колеблется от 5 до 200 т и выше с 1 га. Если взять наименьшую из приведенных цифр, 2 т, и принять, что не (как указывают данные Панкова), а У2 смытых частиц задерживается на пологих элементах рельефа, то и тогда В1 водоем ежегодно поступает с каждого 1 км2 примерно 100 т твердых веществ.
Известное представление о массе твердых частиц, попадающих в водоем, дает количество взвешенных в нем во время паводка веществ. Если в меженный период содержание взвешенных веществ в воде таких рек, как Волга, Дон, Днепр, составляет 20—40 мг/л, то с наступлением паводка оно возрастает до 500—1 000 мг/л, а в некоторых случаях достигает десятков граммов на 1 л. Данные об интенсивности эрозионных явлений во время дождей говорят о том, что содержание взвешенных частиц в потоках дождевой воды не меньше, чем при паводке. О количестве взвешенных частиц, смываемых дождями в водоем с территории населенных мест, дают представление цифры, полученные в Санитарном институте им. Эрисмана, при изучении поверхностных стоков реки Москвы" в 1936 г. 1 (табл. 1).
Из табл. 1 видно, как много взвешенных частиц попадает в реку Москву с территории города, в особенности с плохо замощенных районов. Это повышает биохимическое потребление кислорода и окисляе-мость стоков, что вносит серьезные изменения в жизнь водоема.
1 В и г и л е в Н. С., Поверхностные сточные воды, Москва, 1936 (рукопись).
Нерастворенные вещества в водоеме быстро диференцируются в зависимости от удельного веса и объема частиц. Разделение идет тем интенсивнее, чем медленнее в водоеме течение. Крупнозернистые песчаные частицы, выпадая на дно, существенно влияют на гидрологический режим водоема. Тонкодисперсные частицы, хотя их сравнительно немного, оказывают неизмеримо большее влияние на солевой и газовый состав водоема.
Таблица 1
Поверхностные стоки в Москва-реку (1936)
Место наблюдений Количество анализов Количество взвешенных веществ в г/л Окнсляе-мость в мг О» БПК за 5 суток в мг 0> Количество бактерий в млн.
Китайгородский сток, район наи-
большего замощения .... 24 1,08 101 186 1,2
Хапиловский сток ....... 15 3,48 125 215 2,1
Краснопресненский сток .... 18 3,03 164 285 2,8
Среднее арифметическое из трех
цифр............. 2,53 130 229 2,0
Действие воды на твердую фазу почвы сводится к процессам растворения, разложения и гидролиза почвенных соединений. При этом процессы растворения играют заметную роль в южных засоленных и гипсоносных почвах. Для почв подзолистой и черноземной зон преобладающее значение имеют процессы типа гидролиза почвенного коллоидного комплекса.
Для выяснения закономерности в отношении количества извлекаемых из почв частиц нами был поставлен ряд опытов, в которых навески почв подвергались действию возрастающих масс воды. Обработка полученных данных показала, что под влиянием воды на почву происходит реакция, аналогичная изменению молекулярной электропроводности при разведении слабо диссоциированных бинарных электролитов, а также слабых двуосновных и многоосновных кислот. Полученные экспериментальные данные можно выразить формулой х=к УУ'+Ь, где х — количество (в миллиэквивалентах) электролитов, извлеченных из 100 г абсолютно сухой почвы, V — отношение объема воды к навеске почвы, Ь — количество электролитов (в миллиэквивалентах) на 100 г почвы, извлекаемых водой при отношении воды в почве 1:1, к — константа для данной почвы.
Из диаграммы (см. рисунок) видно, что между полученными данными (точки) и теоретически вычисленными (прямые линии) расхождения не превышают точности определений. Диаграмма характеризует воздействие дестиллированной воды на почву, что в природных условиях соответствует влиянию на нее метеорных вод. Внесение же почвенных частиц в водоем, уже имеющий солевой состав, может изменить характер этого воздействия, в особенности В' северной части СССР. В качестве примера сошлемся на проведенный Е. С. Брук опыт обработки навески почвы недестиллированной водой с солевым составом, соответствующим щелочности 1,20 миллиэквивалентов. Результаты получились следующие:
Величина навески в г....... 76,8 38,4 19,2 9,6 „ 4,8 О
Щелочность в миллиэквивалентах 0,78 0,80 0,90 1,03 1,11 1,20
В данном случае почва вызвала закономерное снижение солевого состава воды, имеющей сравнительно немного солей. Это должно наблюдаться во всех случаях, когда в водоем попадают почвенные части-
__I
14
цы, содержащие в поглощающем комплексе водородный ион. Снижение солевого состава представляет собой частный случай качественного изменения состава воды, которое в силу обменных реакций с катион-ной частью поглощающего комплекса всегда должно наблюдаться при внесении в водоем взвешенных частиц.
Помимо реакций физико-химического порядка, твердые частицы вызывают в водоеме ряд биохимических реакций, в которых значительную роль играют организмы, внесенные вместе с взвешенными веществами.
При наличии в водоеме кислорода процессы, обусловленные внесением твердых частиц, в основном направлены на окисление органического вещества. Если взвешенных веществ! много, окислительные процессы могут оказать влияние на кислородный режим водоема. Длй изучения этого вопроса проведен ряд опытов по исследованию течения биохимического окисления органического вещества почвенных суспен-
Количество электролитов, извлекаемых водой из почвенных частиц
зий. По методике, специально разработанной О. В. Митягиной \ были изучены процессы биохимического окисления взвешенных веществ естественных и загрязненных почв, влияние температуры, типа почвы и роль высушивания. При этом оказалось, что энергия окисления органического вещества взвешенных частиц колеблется в значительных пределах. Так, для гумусовых слоев почв, взятых на площади затопления Учинского водохранилища канала Волга — Москва, пятисуточное потребление на 100 мг взвешенных веществ выразилось следующим количеством Ог в мг (табл. 2).
Как видно из табл. 2, величина пятисуточного потребления кислорода колеблется от 1,5 до> 28,4 мг. В соответствии с приведенными выше данными о количестве взвешенных веществ, находящихся в речной воде во время паводка, следует считать, что биохимическое окисление органического вещества, переходящего в раствор из взвешенных частиц, должно учитываться в кислородном балансе водоемов1. Это особенно очевидно, если учесть, что пятисуточное потребление охватывает только часть процесса окисления. Ряд опытов! доказал, что на биохими-
1 С. Д р а ч е в, Методы санитарного исследования почв, Москва, 1938.
ческое окисление органического вещества почвенных суспензий обычно распространяются закономерности, установленные в отношении окисления органического вещества сточных вод и характеризуемые формулой мономолекулярных реакций:
Лх
У=чг = к(а-х),
где V — скорость реакции за время I, х — количество вещества, вступившего в реакцию за время t, а — начальная концентрация вещества, к — константа.
Обработка данных, полученных при опытах продолжительностью до 48 дней, показала, что окисление органических веществ, внесенных ■с почвенными суспензиями, имеет две фазы. Для первой фазы величины
Таблица 2
Пятисуточное потребление 02 на 100 мг взвешенных веществ
№ ПОЧ11Ы 1 2 3 4 5 в 7 8 и
Ха- Слабо Слабо Средне Средне Силь- Дерново Торфя- Торф Оподзо-
рак- оподзо- опод- оподзо- оподзо- но подзо- ная бо- ленный
тер ленный золен- ленный ленная опод- листая лотистая, сугли-
почвы тяжелый ная сугли- супесь золен- почва покры- нок
суглинок глина нок ная тая ал-
глина лювием
По-
треб-
ление
о2
в мг 2,4 3,7 3,7 3,7 3,7 4,4 г11 28,4 1,5
констант колебались от 0,051 до 0,162, для второй, характеризуемой развитием нитрификационного процесса, колебания константы составляли около 0,03. Отсюда следует, что первая фаза окисления органического вещества почвенной суспензии колеблется от 15 до 40 дней, вторая до 80 дней. Надо полагать, что окисление органических веществ почвенной суспензии или продуктов их распада продолжается и после этого срока, но скорость данного процесса нами не определена.
Сказанное относится к твердой фазе, находящейся в водоеме во взвешенном состоянии. Но и после оседания взвешенных частиц процессы распада продолжаются, обедняя кислородом придонные слои воды. Темпы этого процесса при достаточном количестве кислорода, повидимому, остаются прежними, после же полного потребления кислорода начинаются анаэробные процессы с иными химизмом и энергетикой.
Потребление кислорода осевшими на дно взвешенными частицами, смытыми с природных почв или с загрязненных территорий, весьма существенно влияет на газовый режим водоема.
Произведенное О. В. Митягиной исследование донных отложений Москва-реки (пробы были взяты осенью) показало, что величина потребления кислорода при окислении тонкодисперсными иловыми частицами донных отложений возрастала по мере загрязнения реки.
Как видно из следующих данных, потребление кислорода в мг на 100 мг иловых (менее 0,05 мм) частиц, взятых со дна Москва-реки в пределе города вниз по течению, составляло у деревни Шелепихи 0,45, у Бородинского моста—2,1, ниже Яузы—2,5, у завода «Пресс»—4, у Алексеевского моста — 4,5.
Значительное потребление кислорода донными отложениями, особенно в нижней части Москва-реки, обусловлено накоплением загрязнений, поступающих с нерастворенными взвешенными веществами, которые приносятся как сточными, так и дождевыми водами.
Непременным условием оздоровления Москва-реки является снижение количества поступающих в нее взвешенных веществ.
Автохтонная органическая взвесь (распад планктона). В воде открытых водоемов в летний период, наряду с терригенными частицами, значительную, а иногда даже преобладающую часть взвешенных веществ составляют планктонные организмы. Не рассматривая здесь их влияния на физико-химические свойства воды во время жизнедеятельности фито- и зоопланктона, приведем несколько данных о роли организмов в потреблении кислорода.
Определяя величины биохимической потребности в кислороде (куда входит и кислород, потребленный при дыхании организмов), мы иногда получаем значительные числа для водоемов, не подвергающихся заметному загрязнению и относимых к разряду умеренно или мало загрязненных по другим химическим показателям, а также по данным бактериологического и биологического исследования. Для примера приведем показатели биохимического потребления кислорода на водохранилищах канала Москва — Волга.
Водохранилища
Акуловское
Пестовское Пяловское
Дцта
1ЛП 4.УН 31ЛП1
23.УШ 28.VII
24.УП
Потребление О, за 5 суток в мг
3.5 5,4 5,2 0.1
14,0
4.6
Отсюда следует, что в чистом большом водоеме, практически сохраняющем без изменений состав растворенных веществ в течение указанного промежутка времени, величина пятисуточного биохимического потребления значительно колеблется, доходя до 14 мг и выше.
Аналогичные высокие цифры биохимического потребления кислорода можно привести и для сравнительно мало загрязненных рек, а в особенности для прудов.
Приведенные величины пятисуточного потребления кислорода распадающимся органическим веществом, образовавшимся при фитосинте-зе, дают только часть количества кислорода, необходимого для окисления образовавшейся в результате фитосинтеза органической массы.
Наблюдения над ходом потребления кислорода в пробах прудовой воды синезелеными водорослями во время значительного развития цветения дали следующие результаты:
Количество суток...... 1 2 4 5 8
<>ч Потребление О, в иг ... . 1,6 2,9 5,6 6,2 9,0
N >
^ 3 Вычисляя по найденным и интерполированным величинам константу < * скорости потребления кислорода, получим в среднем к = 0,05. При этом * к величина полного биохимического потребления кислорода выражается ^следующими цифрами (в мг): за 1 день—14,9; за 2 дня—14,2; 4 дня— 14,2; 5 дней— 14,1; 8 дней— 12,7.
Ряд наблюдений над ходом потребления кислорода при распаде фитопланктона в воде канала Волга — Москва и связанных с ним водохранилищ подтверждает, что распад фитопланктона следует отмеченной выше закономерности, причем константа колеблется от 0,05 до 0,10, хотя встречаются и отклонения.
Выводы
1. Взвешенные в воде вещества, существенно влияя на физические свойства ее, воздействуют также на_ солевой и газовый режим- водоемов.
2 Гигиена и здоровье, № 4
государств. Центральная МЕДИЦИН С К. БИБЛИ 0. -¡¿Х-
Министерства Зд^ваояраианмк
СССР __
2. Внесение взвешенных веществ в воду с малым солевым составом влечет за собой повышение содержания растворенных веществ и изменение солевого состава в силу реакций растворения, обмена и гидролиза мало растворимых соединений. Как частный случай возможно понижение солевого состава при попадании в водоем взвешенных частиц, содержащих поглощенный водородный ион.
3. Распад органического вещества терригенной взвеси и отмирающего фитопланктона сопровождается потреблением растворенного в воде кислорода. Как показали лабораторные опыты, это потребление обычно (но не всегда) аналогично ходу мономолекулярных реакций.
4. Взвешенные вещества, в значительном количестве поступающие в водоем вместе с дождевыми стоками (в особенности с загрязненных территорий), могут сильно ухудшить биохимический режим водоема.
5. Распад отмирающего фитопланктона и дыхание живых организмов обусловливают высокую величину биохимического потребления кислорода даже в чистых водоемах.
6. Влияние распада органического вещества терригенной взвеси и отмирающего фитопланктона на биохимический режим водоема изменяется в зависимости от местных условий, но, как правило, должно учитываться при санитарном изучении водоемов.
Инж. К. М. ОВЧИННИКОВ (Харьков)
Основные противомалярийные мероприятия при сооружении и эксплоатации прудов
Из Украинского центрального института медицинской паразитологии
В последние годы в СССР получило большое распространение строительство прудов и водохранилищ для обводнения и орошения земель, использования водной энергии, рыборазведения и прочих хозяйственных нужд. В 1940 г. особенно широко развернулось строительство небольших колхозных прудов, проводимое скоростными методами самим населением. Призыв таловских колхозников (Воронежской области) не остался без ответа: уже созданы и используются тысячи новых прудов, а в 1941 г. количество их еще больше возрастет.
Работа по созданию новых водоемов!, помимо своего огромного экономического и культурного значения, может сыграть большую роль в общесанитарном и противомалярийном упорядочении водного хозяйства, но для этого ее надо правильно проводить.
Устройство водохранилищ и прудов ведет к изменению водного режима местности. В результате затопления поймы образуется более или менее обширная площадь мелководий, главным образом в верхней части водохранилища и вдоль берегов. В таких местах создаются весьма благоприятные условия для развития личинок малярийного комара анофелес. Предотвращение этой угрозы вполне возможно.
В связи с изменением водного режима перед проектирующими организациями возникают две основные задачи: 1) составление прогноза анофелогенности будущего водохранилища или пруда, т. е. установление места, размеров, характера и колебаний ожидаемых ано-фелогенных площадей, а также размеров предполагаемого выплода комаров, и 2) выбор системы оздоровительных мероприятий для
