38. Микробиологическое самоочищение водной среды
Микробиологическое самоочищение водной среды
Микробиологическая трансформация ЗВ считается одним из основных каналов самоочищения природной водной среды.
Микробиологические биохимические процессы включают реакции нескольких типов с участием окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов.
Оптимальная температура для протекания процессов биодеградации ЗВ составляет 25-300С.
Скорость микробиологической трансформации веществ зависит от их структуры, химических свойств и от метаболической способности микробного сообщества и его видового состава.
В естественных условиях средних широт в результате микробиологических процессов наиболее быстро распадаются н-алканы (60-90% за три недели).
Разветвленные алканы и циклоалканы распадаются медленнее.
Очень медленно разрушаются полициклические ароматические углеводороды.
Фенолы и крезолы разлагаются микроорганизмами весьма эффективно.
На процессы биодеградации ЗВ оказывают влияние также освещение, содержание в воде кислорода, питательных веществ, кофакторов.
Поэтому, даже если микроорганизмы обладают необходимым для разрушения ЗВ набором ферментов, они могут не проявлять активности из-за отсутствия дополнительных субстратов или кофакторов.
Так, внесение активных микроорганизмов в водоем зачастую не оказывает влияния на скорость трансформации ЗВ в природных условиях.
Еще одной особенностью микробиологического превращения ЗВ ксенобиотиков (от греческого ксенос – чужой, БИОС – жизнь) является возможность образования продуктов трансформации, которые оказываются более токсичными, канцерогенными и мутагенными соединениями, чем исходные вещества.
То есть может иметь место дополнительная токсификация водоемов.
Это явление имеет место при трансформации некоторых ароматических аминов, нитро- и азосоединений, ненасыщенных соединений и др.
39. Химические процессы самоочищения воды
Химическое процессы самоочищения воды
1) Гидролиз зв
Реакция гидролиза вносит существенный вклад в трансформацию ЗВ, склонных к кислотно-основным превращениям.
Это, в первую очередь, производные органических и неорганических кислот – сложные эфиры, ангидриды, амиды.
Они гидролизуются с образованием соответствующих кислот:
Относительно легко гидролизуются фосфорорганические соединения, обладающие высокой инсектицидной активностью.
Тиофосфаты более устойчивы к гидролизу, чем фосфаты.
Скорость гидролиза органических галогенпроизводных зависит от природы галогена и строения углеводородного радикала, с которым он связан.
Реакции гидролиза могут осуществляться как некаталитически, так и с участием в качестве катализаторов кислот и оснований, растворенных в природных водах.
2) Фотолиз загрязняющих веществ в водной среде
Фотолитические превращения ЗВ осуществляются в природной водной среде под действием УФ – составляющей солнечного излучения.
Поверхность Земли достигает свет с длиной волны >300 нм, причем интенсивность УФ излучения претерпевает значительные изменения под влиянием как природных, так и антропогенных факторов.
Область спектра, в которой свет фотохимически активен, называют «спектром действия».
Для большинства ЗВ максимум «спектра действия» находится в диапазоне длин волн 310-330 нм.
Фотохимические превращения ЗВ в природных водах могут осуществляться в результате прямого и сенсибилизированного фотолиза.
Реакции прямого фотолиза происходят, если химические превращения претерпевает вещество, поглощающее свет.
При сенсибилизированном фотолизе свет поглощается светочувствительным веществом (сенсибилизатором), которое передает затем энергию солнечного излучения веществу, подвергающемуся превращению.
В природных водах сенсибилизаторами служат растворенные в воде фульвокислоты и гумусовые вещества.
Фотохимическая трансформация ЗВ тесно связана с радикальными процессами окисления.
Особенность фотохимических превращений в природных водах заключается во влиянии на скорость их протекания погодных факторов, суточных и сезонных изменений солнечной радиации, широты местности и поглощения фотохимически активного солнечного излучения в толще воды.
Суточные, сезонные и широтные изменения солнечной активности указываются в соответствующих справочниках.
Как правило, интенсивность УФ составляющей солнечной радиации примерно постоянна с 10 до 14 ч.
Погодный фактор оказывает сильное влияние: при низкой облачности в дождливую погоду интенсивность УФ излучения, достигающего земной поверхности, уменьшается в несколько раз.
Учет поглощения активного излучения в толще воды производят на основе экспериментальных данных, которые получают, исследуя соответствующие модельные системы.
Как правило, толщина слоя воды, в котором осуществляются фотохимические превращения, не превышает нескольких метров.
Поэтому фотохимические превращения наиболее существенны для трансформации ЗВ в неглубоких водоемах, реках и прудах, а также в прибрежных водах морей, озер и водохранилищ.