Zjawisko samooczyszczania się wód to proces fizyko-chemiczny polegający na eliminowaniu zanieczyszczeń przez samą naturę, bez ingerencji człowieka. Dotyczy to zarówno rzek, jak i jezior i innych zbiorników stojących. Jednak w różnych typach wód zachodzi on z różną intensywnością. Najczęściej bada się samooczyszczanie w wodach płynących. Organizmy, żyjące w wodach powierzchniowych mają duże znaczenie dla procesów samooczyszczania. Pobierają tlen i substancje odżywcze, a następnie wydalają produkty przemiany materii, czym pomagają likwidować zanieczyszczenia, a tym samym przywracać naturalną postać wody.
Podział procesów samooczyszczania
Rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika, oraz ich mieszanie
Występują tylko w rzekach. Poprzez rozcieńczenie zanieczyszczonej wody wodą z odbiornika obniża się stężenie szkodliwych substancji w niej zawartych. Tego rodzaju zjawisko najczęściej ma miejsce w wodach płynących. Jednak nie zachodzi w nich równomiernie. Czynnikiem regulującym to zjawisko jest proces mieszania wody w rzece, które z kolei zależy od prędkości przepływu rzeki w korycie i od cyrkulacji wody na całym przekroju poprzecznym koryta. Dzięki ciągłemu przepływowi i mieszaniu się wody proces natleniania wody jest intensywniejszy, równocześnie dochodzi do wypychania z wody, na drodze dyfuzji, produktów przemiany materii w postaci lotnej (dwutlenku węgla i azotu). Dzięki tym procesom same organizmy mają zapewniony lepszy kontakt z substratami krążącymi w wodzie.
Sedymentacja zawiesin
Pomaga w likwidacji zanieczyszczeń organicznych, równocześnie zwiększając przejrzystość wody (spada mętność). Zachodzi wszędzie, gdzie prędkość przepływu spada, mogą to być zbiorniki zaporowe, zatoki, czy rozlewiska. Sedymentacja polega na opadaniu cząstek substancji szkodliwych, zawieszonych w toni wodnej na dno. Zjawisko zależne jest od prędkości płynącej wody .
Z silną sedymentacją mamy do czynienia, gdy do rzeki odprowadzane są nieczyszczone ścieki, zawierające dużo zawiesiny. Gdy doprowadzane ścieki są oczyszczone sedymentacja raczej nie zachodzi. Jest to możliwe tylko w przypadku, gdy rzeka płynie wolniej, niż wypływający z oczyszczalni ściek, lub gdy ściek jest nieprawidłowo oczyszczony. Ściek w osadnikach wtórnych oczyszczalni ścieków osiąga przepływ równy 0,01-0,05 m/s.
Adsorpcja
Zjawisko, którego skuteczne działanie opiera się na odkładaniu się zanieczyszczeń na powierzchni dna rzeki , jej brzegów, na elementach zatopionych w rzece, czy obiektach hydrotechnicznych. Proces oczyszczania przebiega podobnie jak w złożach zanurzonych, mianowicie tworzę się błonki biologiczne, w środku których zachodzi proces oczyszczania. Tego rodzaju oczyszczaniu mogą podlegać głównie organiczne typy zanieczyszczeń; z nieorganicznych są to tylko nieliczne metale ciężkie. Metale te mogą ulegać adsorpcji również na cząstkach zawiesin. Adsorpcja jest bardzo pomocnym dla samooczyszczania zjawiskiem, jednak podobnie jak w przypadku sedymentacji może dojść do wtórnego zanieczyszczenia wody, tzw. desorpcji. Wtedy wszystkie nagromadzone substancje przechodzą z powrotem do wody.
Oczyszczanie biologiczne
Stanowi najważniejszy element samooczyszczania. Składają się na nie cztery procesy: biosorpcja, mineralizacja, bioakumulacja i immobilizacja.
a) Biosorpcja
jest procesem wstępnym do rozkładu substratu. Na powierzchni komórki dochodzi do zjawiska wymiany składników na drodze dyfuzji. Część z nich przenika do wnętrza komórki, natomiast produkty przemiany materii i ektoenzymy przenikają w kierunku przeciwnym. W przypadku biosorpcji, związki chemiczne na powierzchni komórki zatrzymują się na dużo krótszy okres, niż przykładowo podczas adsorpcji. Warunkiem zajścia adsorpcji jest właśnie stała regeneracja powierzchni, która wymaga ciągłej wymiany pomiędzy wewnętrznym, a zewnętrznym środowiskiem komórki.
b) Mineralizacja
jest procesem opierającym się na tzw. enzymatycznym rozkładzie, któremu ulegają związki organiczne. W jego trakcie dochodzi do wykorzystania energii oraz biogenów, a także do wydalenia dwutlenku węgla (CO2), wody (H2O), reszt kwasowych azotanów, fosforanów i siarczanów, będących produktami mineralnymi (zaliczanymi do prostszych). Podstawą tego procesu jest obecność drobnoustrojów, warunkujących enzymatyczny rozkład. Mineralizacja może zachodzić w dwóch etapach. W pierwszym dochodzi do biodegradacji, polegającej na rozkładzie części organicznej związków, dając produkty mineralne. Drugi etap polega na utlenianiu wszystkich produktów nieorganicznych. .
c) Bioakumulacja
polega na czerpaniu z wody związków danych lub jonów, a następnie ich odkładania w komórce we wciąż wzrastających ilościach. Odkładają się tylko te związki, które nie ulegają rozkładowi biologicznemu. W przypadku jonów – ich komórki nie są zdolne do metabolizmu. Bioakumulacji ulegają najczęściej chlorowane węglowodory oraz sole metali ciężkich. Są to związki gromadzące się w komórce i powodujące zachodzenia w niej niekorzystnych zmian. Mogą doprowadzić do wakuolizacji cytoplazmy, czy też spadku aktywności enzymatycznej.
d) Immobilizacja
czyli tzw. unieruchomienie. Jest zjawiskiem odwrotnym do mineralizacji, polegającym na przekształcaniu pierwiastków nieorganicznych w twory organiczne, a następnie wbudowaniu ich w komórkę.
Wymiana lotnych składników wody i powietrza
Jest to proces ważny dla samooczyszczania. Polega na uwalnianiu gazów ( dwutlenku węgla – CO2, azotu – N2 , metanu – CH4 ), powstających w czasie przemiany materii, które dyfundują do atmosfery. Proces ten ma również na celu utrzymanie równowagi w zawartości gazów, które mogą się rozpuszczać w wodzie, pomiędzy środowiskiem wodnym, a atmosferą.
Wymiana pomiędzy osadami dennymi i wodą
Wpływa na skład chemiczny wody. Chodzi głównie o proces wytrącania się niektórych soli, a następnie ich opadania na dno. Podobnie w drugą stronę – oddawanie substancji do wody, będących produktami metabolizmu organizmów dennych.
Czynniki wpływające na efektywność samooczyszczania wód
- obecność organizmów samożywnych
- tlen
- temperatura
- odczyn wody
- obecność związków toksycznych
- oddziaływanie substancji radioaktywnych
źródło:
1) www.instsani.pl