Вплив фізико-хімічних факторів.

Поведінка шкідливих речовин у водоймі в значній мірі залежить від складу води та її властивостей. Вода поверхневих прісноводних водойм частіше за все має нейтральну або слабо лужну реакцію. Виключення складають деякі водойми, головним чином, озерного типу, де через присутність у воді мінеральних кислот pH води є низьким. До цих вод, в основному, відносяться гумінові води гідрокарбонатного класу болотного походження. В річкових водах pH переважно коливається в межах 6 - 9. Нерідко істотну роль у зміні вказаних властивостей води водойм відіграють продукти життєдіяльності людини у вигляді побутових та каналізаційних стоків.

У всіх випадках зміни лужно-кислотних та окислювально-відновлювальних умов у водоймі визначають поведінку різних хімічних елементів. Так, в природних водах, pH яких є здвигнутим у кислу сторону, легко мігрують Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Fe, Co, Ni та інші елементи, які є слабо рухомими у лужних водах. У водах з лужною реакцією рухомими є Vn, Cr, U, Se та інші елементи.

При надходженні стічних вод з низькими значеннями pH у водойму, вода якої загалом має нейтральну або слабо лужну реакцію, частина хімічних речовин з розчину переходить у тверду фазу і буде осаджуватися на днищі. Ці явища в значній мірі залежать від ряду обставин: форми, в якій знаходяться хімічні речовини, що визначає ступінь їх розчинності, хімічного складу природних вод т. ін.

Через те, що шкідливі речовини, які надходять у водойми, знаходяться переважно в сильно розчиненому вигляді, вони можуть знаходитися тут у різних станах: монодисперсному, молекулярному, істинно колоїдному та псевдоколоїдному (адсорбція на колоїдних забрудненнях). При цьому існують загальні закономірності:

- лужні елементи (Na, K, Li, Rb, Cs) не створюють в широкому інтервалі pH ні істинних, ні псевдоколоїдів; вони знаходяться у розчинах у вигляді позитивно заряджених іонів;

- лужноземельні елементи (Mg, Ca, Sr, Ra) можуть знаходитися в іонному стані і утворювати лише псевдоколоїди;

- трьох -, чотирьох - і п’ятивалентні елементи можуть знаходитися в іонному, молекулярному станах і створювати різні продукти гідролізу, в тому числі і нерозчинні, тому вони можуть створювати як істинні, так і псевдоколоїди [26].

Істотний вплив на поведінку шкідливих речовин у водоймі здійснює присутність у воді дисперсних, переважно глинистих та мулових частинок, на поверхні яких фіксується частина речовин. Цей вид міграції тісно пов’язаний з донними відкладеннями.

Процеси депонування шкідливих речовин донними відкладеннями водойми. Надходження шкідливих речовин у водойму поступово забруднює дно водойми, що відбувається внаслідок декількох процесів: речовини сорбуються поверхнею дна; дифундують з водою у товщу ґрунтів, з яких складається дно; з води зважені частинки, які несуть сорбовані речовини, осаджуються на дні. В подальшому на дно опускаються залишки відмерлих гідробіонтів, які теж можуть вміщувати відповідні речовини. Наприкінці дно водойми може перетворитися місцями у своєрідний накопичувач хімічних чи радіоактивних речовин.

Рівні накопичення і характер розподілу шкідливих речовин у ґрунтах, які складають днище, залежать від ряду умов. Головна роль належить концентрації цих речовин у воді, формі хімічних з’єднань, а також механічному, мінералогічному і хімічному складу ґрунтів, які складають дно водойми, що визначає їх поглинальну ємність і фільтраційну спроможність.

Найбільшу сорбційну спроможність і поглинальну ємність мають ґрунти, які складаються переважно з мілко дисперсних глинистих або мулових частинок. Тому в місцях, де на дні є потужні відкладення мулу, спостерігається, в більшості випадків, накопичення шкідливих речовин, ніж у руслі річок, дно яких сформовано з чистих, добре промитих пісків або скельних порід.

У тому випадку, коли дно є муловим, найбільше забруднення донних відкладень спостерігається в місці випуску стічних вод у водойму. З відстанню від місця скиду забруднених вод концентрація речовин у донних відкладеннях зменшується. Для радіаційного забруднення, наприклад, процес його зменшення з відстанню r змінюється , як [19]. Однак при зарегульованості річок ця закономірність порушується, бо створюються умови, які сприяють осадженню і накопиченню зважених речовин.

Поряд з накопиченням речовин, сорбованих на поверхні мулових частинок, в донних відкладеннях, які виникають перед дамбами, в заводях і т.п., дно забруднюється ще іншими шляхами. Крім сорбції поверхнею днища, частина речовин при сприятливих умовах приникає у шари ґрунтів, які находяться на великій глибині водойми, і складає небезпеку забруднення підруслових вод. Глибина проникнення речовин в ці ґрунти залежить від структури і властивостей ґрунту, гідрогеологічних умов та інших факторів, про які вказано вище.

Позначимо через “ефективний” шар ґрунтів дна водойми h – шар донних відкладень, в якому відбувається акумуляція шкідливих речовин, що надходять зі скидними водами. Існують загальні закономірності щодо величини ефективного шару ґрунтів дна водойми h:

Властивості донних відкладень і ґрунтів, які складають дно слабко проточних водойм, а також малих річок з повільним рухом та муловим дном, до накопичування значних кількостей шкідливих речовин можуть створювати істотне навантаження на водну екосистему. При інтенсивному забрудненні таких водойм і встановленні рівноважного стану між дном і водою на достатньо високому рівні наступне припинення нових надходжень забруднювачів не може швидко змінити становище, і водойма може стати непридатною на тривалий час.

Одним з головних факторів, що впливає на інтенсивність і повноту сорбції забруднювачів ґрунтами і міцність їх фіксації в твердій фазі, є реакція середовища. У водоймах з низьким значенням pH, що характерно для непроточних заболочених водойм, із-за слабкого перемішування течій, придонні шари звичайно збіднені на кисень та збагачені на вуглекислоту. Тут створюються умови, що спричиняють зворотний перехід речовин з донних відкладень у воду. Це може створювати вторинне забруднення води водойми.

Таким чином, при надходженні стічних вод у проточні водойми деяка частина шкідливих речовин фіксується днищем, біотою та на зважених частинках, які при сприятливих гідрологічних умовах також осаджується на днищі. Однак основна кількість забруднювачів переноситься у розчиненому стані з водою. Степінь їх розбавлення є функцією відстані і часу. Значення дна, як місця накопичення забруднювачів водойми, може бути різним. В умовах великих і середніх річок, де великі витрати води забезпечують значне розбавлення, забруднення донних відкладень є невеликим і може практично не впливати на рівень забруднення води. Однак на малих річках з повільною течією та муловим днищем та в слабо проточних та зовсім непроточних водоймах, донні відкладення можуть визвати вторинне забруднення води.