Антропогенное эвтрофирование

Одним из проявлений воздействий человека на природную среду является антропогенное эвтрофирование водоемов (гр. trophe - пища, ей - хороший, избыточный).

Трофность водоемов как термин был введен в 1921 г. немецкими гидробиологами А. Тинеманом и Э. Науманом для обозначения способности водоемов фотосинтезировать органическое вещество как основу кормовой базы для рыб. Эвтрофирование может происходить естественным путем и в результате деятельности человека - антропогенное эвтрофирование. Естественный процесс длится сотни и тысячи лет. При антропогенном эвтрофировании скорость фотосинтеза резко увеличивается вследствие поступления в водоемы питательных веществ со сточными водами и поверхностным стоком.

Наиболее очевидным проявлением антропогенного эвтрофирования является массовое развитие микроскопических планктонных водорослей, обитающих в толще воды - фитопланктона, и высшей водной растительности.

Антропогенное эвтрофирование ведет к вторичному загрязнению воды и нарушению всех видов водопользования. Прежде всего, из-за засорения фильтров, водоприемных устройств, трубопроводов массой водорослей требуется их промывка, что серьезно затрудняет водоснабжение. Повышение уровня трофности сопровождается изменением состава фитопланктона: начинают преобладать синезеленые водоросли (90 - 95 % от общей численности фитопланктона). Некоторые виды этих водорослей придают воде неприятный запах и вкус, могут выделять токсичные вещества. При отмирании водорослей в местах их массового скопления поглощается кислород и возникают заморные явления.

При разложении водорослей в воде увеличивается концентрация свободной углекислоты, аммиака, сероводорода, восстановленных соединений железа, марганца и других веществ. Это приводит к резкому ухудшению качества питьевой воды, иногда делает ее токсичной. В водопроводной сети выпадает осадок гидрооксида железа. Увеличивается агрессивность воды относительно бетона, разрушаются материалы, применяемые в гидростроительстве. Ресурсная деградация водоемов и нарушение всех видов водопользования ставят проблему антропогенного эвтрофирования в ряд глобальных.

Причины антропогенного эвтрофирования - избыточное поступление в водоемы биогенных веществ. Основными питательными для водорослей (биогенными) веществами являются минеральные формы углерода, азота и фосфора. Содержание углерода в воде в форме углекислоты, дикарбонатов и органических веществ практически всегда достаточно; лимитируют или стимулируют развитие водорослей обычно соединения фосфора и азота. Связь эвтрофирования водоемов с обогащением их фосфором и азотом не нуждается в специальных доказательствах и вытекает из схемы балансового уравнения фотосинтеза:

106СО₂+90Н₂О+16NO^-₃ +РО₄ ^3-=C₁₀₆H₁₈₀O₄₆N₁₆P+154О₂

Согласно закону действующих масс при увеличении концентрации азота и фосфора скорость прямой реакции, т. е. скорость фотосинтеза, возрастает, что и приводит к эвтрофированию. Это положение подтверждено многочисленными исследованиями на водоемах.

Основные источники антропогенного поступления биогенных веществ в воду - бытовые и промышленные сточные воды, поверхностный сток с городских территорий, рекреационные зоны и смыв с полей минеральных удобрений. При этом соотношение азота и фосфора для разных источников различно. При разработке мероприятий по предотвращению антропогенного эвтрофирования, прежде всего, должен решаться вопрос о предельно допустимом сбросе (ПДС) биогенных веществ в конкретный водоем. Для инженерных расчетов ПДС эвтрофирующих веществ необходимо располагать нормативами на предельно допустимые концентрации их в водоеме, хотя бы для основных регуляторов трофности - азота и фосфора.