Эвтрофикация - это что такое? Причины, признаки и последствия процесса. Антропогенная эвтрофикация водоемов Эвтрофикация воды

экология популяция эвтрофикация водоем

Эвтрофикация - это изменение физических, химических и биологических свойств озера при долговременном поступлении питательных веществ с прилегающих территорий за счет процессов естественной эрозии и стока. Эвтрофикация может быть следствием естественного старения водоема, внесения удобрений или загрязнения сточными водами. По уровню эвтрофикации водоемы делятся на:

Олиготрофные (слабо эвтрофицированные);

Мезотрофные (средне эвтрофицированные);

Эвтрофные (сильно эвтрофицированные).

Иногда, также в отдельную категорию выделяют гиперэвтрофные (сверх эвтрофицированные) водоемы - такие, где эвтрофикация вызывает массовое отмирание биоты и резкое изменение параметров экосистемы.

Эвтрофные водоемы богаты разнообразием литоральной и сублиторальной растительностью, обилием планктона. Эвтрофикация может приводить к взрывному развитию одноклеточных водорослей ("цветение воды"), дефициту кислорода и, гибели высшей растительности, рыб и других животных. Механизм воздействия гиперэвтрофикации на экосистемы водоемов является следующим:

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне и увеличение численности зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Прозрачность воды снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, а это приводит к гибели донных растений. После гибели донных растений происходит гибель организмов, чей жизненный цикл был с ними связан.

2. Водоросли и бактерии , сильно размножившиеся в верхних горизонтах водоема, имеют большую поверхность тела и биомассу, чем растительный комплекс при постоянном уровне эвтрофикации водоема. При этом в ночные часы фотосинтез в этих растениях не проходит, а процесс дыхания продолжается, что требует затрат кислорода. В результате в предрассветные часы, кислород в верхних горизонтах воды оказывается почти исчерпанным. Наблюдается гибель организмов, обитающих в приповерхностных водах, от недостатка кислорода (так называемый "летний замор").

3. Большое количество отмерших организмов из верхних слоев водоема опускаются на дно, где проходит их разложение. Донная растительность гибнет на ранних стадиях эвтрофикации, и производство кислорода здесь почти не происходит. Биопродуктивность благодаря эвтрофикации увеличивается, но между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах, наблюдается дисбаланс. Кислород здесь стремительно уходит, и это приводит к гибели бентосных организмов. Аналогичное явление, наблюдаемое во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, известное как "зимние заморы".

4. В донном грунте , лишенном кислорода, проходит разложение отмерших организмов с образованием сильных ядов: фенол и сероводород, вызывающих отравление организмов водоема. Это вызывает еще более массовое отмирание, и влечет дополнительное потребления кислорода. Из-за несбалансированной эвтрофикации большая часть флоры и фауны водоема может быть уничтожена, а экосистема водоема резко изменена.

Жизнь на Земле, с момента возникновения, сопровождалась явлениями эвтрофикации. Но для современной геологической эпохи это явление не характерно. Огромным, по масштабам эвтрофикационным явлениям, мы обязаны наличием залежей угля, нефти, природного газа - полезным ископаемым биогенного происхождения (вплоть до железных руд). К биогенных элементам, которые и вызывают эвтрофикацию, относятся: азот, фосфор и кремний в различных соединениях. Фосфор и азот, являются обязательными элементами тканей любого живого организма. Концентрация биогенных элементов, их режим, зависят от интенсивности биологических и биохимических процессов в водоеме. Концентрации азота и фосфора характеризуют трофность водоема. Считается, что чрезмерная эвтрофикация водоемов начинается при содержании в воде азота в концентрации 0,2-0,3 мг/л, фосфора - 0,01-0,02 мг/л. При переходе от олиготрофных водоемов к мезотрофным и эвтрофным существенно растет доля аммонийного азота в его общей численности.

Эвтрофикацией называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов», в первую очередь соединений азота и фосфора. Эвтрофикация - нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна, может быть результатом как естественного старения водоема Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности, а также из-за смыва избыточно внесенных удобрений с полей. Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий.

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона, а также водорослей-обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды редко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, которым эти растения создают места обитания или для которых они являются вышерасположенным звеном пищевой цепи.

2. Сильно размножившиеся в верхних горизонтах воды растения (особенно водоросли) имеют намного большую суммарную поверхность тела и биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако, как мы отметили в пункте 1, донная растительность из-за эвтрофикации погибает, и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается (см. пункт 2), между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно расходуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донной и придонной фауны. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, практически полностью разрушая или очень сильно трансформируя его экосистемы, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.

5 .Основные антропогенные источники фосфора и азота: необработанные сточные воды (в особенности из животноводческих комплексов) и смыв удобрений с полей. Во многих странах запрещено использование ортофосфата натрия в стиральных порошках для уменьшения эвтрофикации водоемов.

· На загрязнение могут указывать такие признаки, как мёртвая рыба, но есть и более сложные методы его обнаружения.

· Загрязнение пресной воды измеряется в показателях биохимической потребности в кислороде (БПК) - т. е. сколько кислорода поглощает загрязнитель из воды. Этот показатель позволяет оценить степень кислородного голодания водных организмов. В то время как норма БПК для рек Европы равна 5 мг/л, в неочищенных бытовых стоках этот показатель достигает 350 мг/л.

· Сложившаяся в последние 20 лет ситуация вызывает тревогу, так как значительная часть водоёмов покрылась зеленью и стала токсичной ввиду их загрязнения. Пресная вода превращается в рассадник потенциально опасных видов бактерий, простейших и грибов. Такие бактерии, как сальмонелла и листерия, а также простейшие - например, криптоспоридия - не менее опасны для здоровья человека, чем холера в Европе в XIX веке.

· Водоросли на поверхности воды действуют как густой лесной полог, не пропуская солнечный свет. Это губительно сказывается на производящих кислород водорослях, от которых зависит жизнь водных беспозвоночных и позвоночных. К тому же определённые виды сине-зелёных водорослей выделяют ядовитые вещества, поражающие рыб и другие водные организмы. В результате многие виды отдыха на воде в летние месяцы запрещены в связи с разрастанием и токсичностью водорослей. Причиной цветения последних в озёрах и водоёмах может также быть вырубка лесов и удобрение лесной почвы - в обоих случаях в воду попадают питательные вещества.

· Кислотные дожди вызвали ряд крупных экологических катастроф в Канаде, США и Северо-Западной Европе. Вода в 16000 из 85 000 озёр Швеции окислилась, а в 5000 из них полностью исчезла рыба. Начиная с 1976 г., в воду 4000 озёр добавляют известь для нейтрализации кислоты и восстановления химического баланса. К этим же мерам прибегают Шотландия и Норвегия, где по аналогичной причине рыбные запасы сократились на 40%. На востоке США ежегодный ущерб в связи с потерей форели, вызванной окислением водоёмов спортивного рыболовства, составляет 1 млрд. долларов. Однако за известкование озёр расплачиваются прибрежные сообщества. Так, избыток кальция привёл к гибели 90% растущего поблизости торфяного мха, кукушкиного льна и ягеля. Значительная часть кислотных дождей приходит в Скандинавию с запада, где промышленность Англии производит около 3,7 млн. т сернистого газа в год.

· Как правило, загрязнение водоёмов приводит к гибели живой природы, в первую очередь рыб. Но возможна быстрая повторная колонизация и восстановление популяций, особенно с помощью человека. Некоторые беспозвоночные переселяются на поражённые участки из находящихся выше по течению мест; другие перелетают сюда за считанные часы. Одни организмы (такие как речные блюдечки, чьи жабры забиваются илом) чувствительны к нарушению экологического баланса, а другим видам (включая подёнок) нипочём довольно высокие уровни загрязнения. Трубчатые черви поглощают бактерии и личинок разных видов звонцов, а пиявки (среди них Helobdella stagnalis) легко переносят эвтрофикацию и низкое содержание кислорода.

Вопрос 6 охрана рек

Водоохранная зона представляет собой территорию, примыкающую к акваториям рек, озер, водохранилищ и других поверхностных водных объектов, на которой устанавливается специальный режим хозяйственной или иных видов деятельности. В пределах ее выделяется прибрежная защитная полоса с более строгим охранительным режимом, на которой вводятся дополнительные ограничения природопользования. Установление водоохранных зон направлено на обеспечение предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения водных объектов, а также сохранения среды обитания объектов животного и растительного мира водоемов.

Минимальная ширина водоохранных зон для озер и водохранилищ принимается при площади акватории до 2 кв. км - 300 м, от 2 кв. км и более - 500 м.

Положением в пределах водоохранных зон запрещено:

· - проведение авиационно - химических работ;

· - применение химических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками;

· - использование навозных стоков для удобрения почв;

· - размещение складов ядохимикатов, минеральных удобрений и горюче - смазочных материалов; площадок для заправки аппаратуры ядохимикатами, животноводческих комплексов и ферм, мест складирования и захоронения промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов, кладбищ и скотомогильников, накопителей сточных вод;

· - складирование навоза и мусора;

· - заправка топливом, мойка и ремонт автомобилей и других машин и механизмов;

· - размещение дачных и садово - огородных участков при ширине водоохранной зоны менее 100 м и крутизне склонов прилегающих территорий более 3 градусов;

· - размещение стоянок транспортных средств, в том числе на территориях дачных и садово - огородных участков;

· - проведение рубок главного пользования;

Минимальная ширина прибрежных защитных полос устанавливается в зависимости от видов угодий и крутизны склонов территорий, прилегающих к водному объекту, и колеблется от 15 до 100 м.

В пределах прибрежных защитных полос дополнительно к указанным ограничениям запрещаются:

Распашка земель;

Применение удобрений;

Складирование отвалов размываемых грунтов;

Выпас и организация летних лагерей скота (кроме использования традиционных мест водопоя),

Установка сезонных стационарных палаточных городков, размещение дачных и садово - огородных участков и выделение участков под индивидуальное строительство;

Движение автомобилей и тракторов, кроме автомобилей специального назначе

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ И ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД. РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.

Освобождение сточных вод от загрязнения- сложной производство.

В нем, как и в любом другом производстве, имеются сырье - сточные воды и готовая продукция - очищенная вода.

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, физико-химические и биологические. При их совместном применении метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Использование того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредоносности примесей. ;

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками и ситами различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, масло- и смолоуловителями и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до "/з нерастворимых примесей, а из промышленных - более 9/10.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические неокисляемые и плохо окисляемые вещества.

Широкое применение находит электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка сточных вод осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Она эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других отраслях промышленности. Химической очисткой достигается уменьшение содержания нерастворимых примесей до 95 %, растворимых - до 25 %.

К физико-химическим методам относят флотацию, экстракцию, адсорбцию, ионный обмен, окисление, эвапорацию и др.

Флотация дает возможность ускорить осветление промышленных сточных вод и удалить из них как взвешенные вещества, так и нефть, нефтепродукты, жиры и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Сущность этого процесса состоит в насыщении стоков воздухом, к пузырькам которого прилипают частицы твердых веществ, вместе с ними всплывающие на поверхность.

Экстракцией сточные воды освобождаются от органических веществ, которые концентрируются в растворителях (четыреххлористый углерод, хлороформ, дибутиловый эфир, бутилизобутилацетат, бензол, хлорбензол, нитробензол и др.).

Адсорбцию применяют при невысоком содержании органических веществ в сточных водах. В качестве адсорбента используют активированный уголь и органические, синтетические сорбенты.

Ионообменные способы очистки промышленных сточных вод позволяют извлекать и вновь возвращать ценные вещества: цинк, никель, фенолы, детергенты, радиоактивные соединения и др. Для этих целей применяют синтетические ионообменные смолы. При ионообменном методе легкие ионы водорода или ионы щелочных металлов замещаются на ионы цветных и тяжелых металлов. Он ценен тем, что удаляемое вещество концентрируется, а не разрушается.

Окисление - один из перспективных методов очистки сточных вод. Используют озон, хлор, диоксид хлора, перманганат калия и другие окислители, позволяющие окислять остаточные растворенные в воде, устойчивые к биологическому разрушению органические вещества.

При эвапорации сточную воду нагревают до кипения. Насыщенный водяной пар извлекает из сточных вод примеси. Затем пар пропускают через нагретый поглотитель, в котором примеси задерживаются.

В случае необходимости применяют доочистку сточных вод, прошедших механическую и биологическую очистку. Поэтому ее считают третьей ступенью очистки. К наиболее распространенным методам доочистки сточных вод относятся фильтрование через песчаные фильтры и длительное выдерживание сточных вод в прудах-накопителях.

Следует оберегать от истребления заросли камыша, так как наряду с бактериями и водорослями они выполняют роль живых фильтров, поглощающих многие загрязняющие вещества, уничтожают своими выделениями болезнетворные бактерии. Густые заросли тростника на площади 1 га поглощают из воды и почвы и аккумулируют в своих тканях до 5-6 т различных солей, оздоровляя реки и водоемы.

Хорошо очищает сточные воды почва оросительных систем; повторное использование очищенных стоков позволяет снизить потребность в чистой воде, сократив количество сбрасываемых в канализацию сточных вод. Общая площадь оросительных систем в стране, использующих сточные воды, 230 тыс. га. Это дает возможность предохранить загрязнение 10 км 3 воды в гол.

В условиях полупустынь сточные воды утилизируют на полях фильтрации, что в безводных районах, где поливная вода особенно ценится, нельзя считать рациональным, так как по ряду ирригационных показателей стоки пригодны для орошения древесных насаждений различных категорий. Кроме того. концентрация сточных вод в больших объемах значительно ухудшает состояние территории, прилегающей к полям фильтрации. Целесообразно поэтому выращивание древесных насаждений взамен создания полей фильтрации. В этом случае в результате транспирации происходят идеальная очистка промышленных стоков, увлажнение воздушного бассейна и в целом улучшение микроклимата и санитарного состояния городов.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука. озона и высокого давления. Хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.

Большую роль должен сыграть биологический метод очистки сточных вод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Имеется несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.

В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биохимического окисления. Именно они служат действующим началом в биофильтрах.

В биологических прудах в очистке сточных вод участвуют все организмы, населяющие водоем.

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Очищающее начало здесь - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в аэротенки с потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические соединения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий - химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и т.д.).

Биологический метод дает хорошие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Его применяют также и для очистки отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производства искусственного волокна.

В комплексе задач охраны вод от загрязнения важное значение имеет их санитарно-гигиеническое состояние. Вода, которая используется для питья, должна быть безвредна. Поэтому биологическое, химическое и бактериологическое состояние источников водоснабжения находится под постоянным надзором.

Источники загрязнения водоемов, как уже отмечалось, - в основном промышленные и частично бытовые сточные воды. Масштабы поступления сточных вод в водоемы возрастают.

качества стока на ряде рек.

Оборотное водоснабжение - это существенный резерв экономии воды и сохранения водоемов в чистоте. Но его следует проводить при одновременном совершенствовании технологических процессов производства, способствующих сокращению вредных стоков.

Спускают сточные воды в водоемы с учетом санитарно-технических требований к качеству воды, регламентированных Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. В соответствии с этими Правилами предельно допустимой концентрацией (ПДК) примесей в воде считается такая, при которой полностью исключается вредное действие ее на организм человека, не изменяются запах, вкус и цвет воды. Эти требования различны в зависимости от вида водопользования. Предельно допустимые концентрации вредных веществ для водоемов питьевого назначения во много раз меньше, чем для водоемов, предназначенных для купания, отдыха и промышленных целей.

Особое внимание уделяется источникам питьевого водоснабжения. Действующий в РБ государственный стандарт обеспечивает высокое качество питьевой воды. Она должна полностью отвечать нормам ПДК, не содержать болезнетворных организмов, пленок, минеральных масел. Питьевую воду обязательно следует очищать на водопроводных станциях.

Контроль за охраной водных ресурсов от загрязнения осуществляют несколько государственных органов. Они ведут государственный межведомственный контроль за использованием и охраной водных ресурсов от загрязнения и истощения. Взяты на учет основные промышленные, сельскохозяйственные и коммунальные предприятия, сбрасывающие в водоемы десятки миллионов кубических метров отработанных сточных вод в сутки. На контролируемых объектах систематически проверяется выполнение водоохранных мероприятий, анализируется состав сточных вод и разрабатываются мероприятия для улучшения работы действующих очистных сооружений.

Органы санитарно-эпидемиологической службы осуществляют контроль за сохранением чистоты вод, используемых в качестве источников питьевого водоснабжения, и водоемов, служащих объектами культурно-бытового пользования.

В комплексной охране водных ресурсов важное значение придается экономии чистой воды. В этих целях сокращают нормы потребления ее на технологические процессы, внедряют оборотное водоснабжение, ведут борьбу с утечкой, водяное охлаждение заменяют воздушным и т.д. Большое внимание обращают на сбережение растительности, водоохранное значение которой велико.

Вода - один из факторов урожая. В условиях орошаемого земледелия необходимо направить все средства на ее экономию, сохранять в чистоте реки и водоемы. Следует добиваться повышения коэффициента полезного действия оросительных систем, вести борьбу с фильтрацией и другими потерями влаги. Важные резервы экономии оросительной воды - дальнейшее повышение урожайности сельскохозяйственных культур, снижение расхода воды на единицу растительной массы, механизация поливов.

Для сбережения воды на неорошаемых землях особо важное значение имеет высокая агротехника. Зяблевая обработка почвы и агролесомелиоративные меры способствуют накоплению влаги. Эту особенность водохозяйственного баланса неорошаемых земель при планировании использования и охраны водных ресурсов, к сожалению, часто не учитывают. Между тем повышение продуктивности богарного земледелия связано с увеличением расхода воды и с уменьшением речного стока поверхностного происхождения.

С каждым годом расширяются площади оросительных систем, использующих сточные воды (ОСВ), - специализированные мелиоративные системы для приема предварительно очищенных сточных вод в целях использования их для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий, а также доочистки в естественных условиях.

Влияние сточных вод на природные комплексы изучено недостаточно. Основная цель проводимых исследований - установление воздействия этих стоков на почвенный покров, природные воды, атмосферу, изменение качества сельскохозяйственной продукции, здоровье людей и животных.

Большинство исследователей считают, что решающий фактор, исключающий или ослабляющий отрицательное влияние сточных вод на окружающую среду, - режим орошения. Обеспечение максимальной эффективности земледельческих полей орошения (ЗПО) как водоохранного и мелиоративного мероприятия (наличие оросительной сети, дренажа, буферных площадок, лесных насаждений и т.д.) во многом зависит от культуры их эксплуатации и степени благоустройства.

В условиях крайне ограниченных водных ресурсов аридной зоны использование хозяйственно-бытовых сточных вод (СВ) городов для полевого кормопроизводства на легких почвах ЗПО позволяет одновременно решать комплекс актуальных задач: развитие кормовой базы пригородного животноводства, санитарно-гигиенический и экологический аспекты, рациональное использование воды.

При определенных условиях применение высоких оросительных норм сточных вод сопровождается образованием под ЗПО опресненного «бугра растекания» грунтовых вод и может вызвать вторичное засоление почв. Поэтому необходимость строительства дренажной системы определяется конкретной гидрогеологической обстановкой (глубина верховодки, сложение водовмещаюших пород, условия оттока грунтовых вод и т.д.). Дренажные воды направляют для повторного использования на ЗПО.

Отдельные категории сточных вод, отличающиеся сложностью химического состава, присутствием ряда токсичных веществ, не используют для орошения сельскохозяйственных культур. Так, химически загрязненные сточные воды Волжского химкомбината после прохождения систем механической и биологической очистки направляют на естественное испарение, что потребовало отведения под испаритель около 5000 га ценных сельскохозяйственных земель. Накопление же больших объемов химически загрязненных вод представляет серьезную опасность для окружающей среды.

Такие категории сточных вод целесообразно применять для орошения древесных насаждений. Присутствие в этих водах остаточных веществ, которые обладают кумулятивными и канцерогенными свойствами, в данном случае не имеет значения, указанные посадки не предназначены для пищевых и кормовых целей.

Самый надежный и экономически выгодный метод утилизации осадков - использование ОСВ в качестве удобрения сельскохозяйственных культур при том условии, что необходимо исключить возможность загрязнения почв.

Для сохранения почвенного плодородия объемы внесения традиционных видов органических удобрений недостаточны. Их дефицит особенно велик в пригородных хозяйствах. По мнению большинства специалистов, сельскохозяйственное использование отходов - один из способов, который позволит решить ряд проблем: предотвратить загрязнение биосферы; ликвидировать угрозу дефицита пресной воды; увеличить производство и применение органических удобрений, превратить очистные сооружения и мусороперерабатывающие заводы в самоокупаемые рентабельные предприятия.

Технология утилизации осадков на ОСВ заключается в следующем. Осадок сбраживается в метантенках при температуре 50 "С, затем его подсушивают на иловых картах. При таком технологическом процессе уменьшается содержание воды в осадке, упрощается его перевозка и практически уничтожаются все гельминты, благодаря чему в санитарно-гигиеническом отношении осадок не представляет опасности при его применении в качестве удобрения. Подсушенный на иловых картах осадок складируют в бурты, он имеет влажность до 50 %, темный или темно-серый цвет, специфический запах. После соответствующих анализов на наличие солей тяжелых металлов его можно использовать как удобрение. По содержанию азота, фосфора оно превосходит навоз, но уступает ему по содержанию калия. Зарубежный опыт свидетельствует, что 70-80 % осадков сточных вод идет на удобрения, при этом получают повышенные урожаи.

По данным полевых опытов, при внесении ОСВ в почву в дозе 40-60 т/га прибавка урожайности яровой пшеницы на выщелоченном черноземе составляет от 27,7 до 48,6 %. Результаты трехлетних вегетационных опытов с кукурузой, картофелем, томатом, суданской травой показывают, что в вариантах с использованием чистых осадков и их смесей с почвой биомасса культур в 2-3 раза выше, чем на контроле. Результаты химического анализа сельскохозяйственных культур, выращенных на чистом осадке, свидетельствуют, что концентрация солей тяжелых металлов в них не превышает предельно допустимых норм и показателей на контроле.

Во избежание отрицательного последействия осадков и в целях ограничения внесения в почву вредных соединений применение ОСВ на одном и том же поле допускается не более одного раза в 5 лет.

Недостаточная проработка на предпроектной стадии в результате слабой экологической подготовки специалистов часто ведет к негативным последствиям, к мнимой экономии. Вот пример. Совхоз «Краснодонский» имеет свинокомплекс на 108 тыс. голов (самый крупный в Волгоградской области). Однако в связи с тем что при проектировании не учтена возможность сельскохозяйственного использования сточных вод, в совхозе недостаточно водных и земельных ресурсов для организации орошения. В настоящее время действуют лишь две очереди орошения общей площадью 505 га, что является явно недостаточным для утилизации всего объема навозных стоков. Поля орошения работают с большой нагрузкой. Кроме того, на поля орошения не подведена речная вода и они орошаются навозными стоками без разбавления. Это создает угрозу загрязнения почвы, растений и подземных вод.

Доказано, что химический состав сточных вод комплексов крупного рогатого скота позволяет использовать их для внутрипочвенного орошения люцерны после предварительного осветления и трехкратного разбавления. Это приводит к экономии минеральных удобрений и повышает плодородие почв.

Опыт освоения песков в Сирии, Ливии, Алжире и других странах показывает, что при выращивании многих плодовых и сельскохозяйственных культур на песках можно использовать воду с уровнем минерализации до 10 г/л. В некоторых из этих стран в связи с малым запасом пресных вод, что характерно и для Прикаспия, принят закон, обязывающий крестьян проводить в целях полива смешивание пресных и минеральных вод. Это позволяет более рационально использовать водные ресурсы. При этом в Израиле и Алжире орошение на песчаных землях проводят методом дождевания и исключительно в ночной период, что снижает процессы испарения, увеличивает продуктивность фотосинтеза и в целом улучшает водопотребление растений.

Самоочищение воды происходит не только на земледельческих полях орошения и полях фильтрации, но и в самом русле реки. Здесь протекают биохимические и физико-химические процессы, благодаря которым восстанавливаются химические и биологические качества воды. Сточная жидкость и нечистоты, попадая в водоемы, разбавляются водой. Часть микробов оседает на дно и там разрушается. Болезнетворные бактерии гибнут под влиянием света, неблагоприятной для них температуры, бактерицидного действия растворенного в воде кислорода. Огромное количество бактерий пожирают одноклеточные простейшие, рачки и другие зоопланктонные организмы.

Полноводность и степень загрязнения любой реки во многом зависят от ее притоков. Малые реки - это своего рода капилляры, питающие крупные водные артерии, поэтому нуждаются в особой заботе. Примером хозяйского отношения к малым рекам служит опыт Брянской области. По ее территории протекают или берут здесь начало десятки речек. За последние десятилетия они обмелели. Для того чтобы оздоровить эти реки и дать им вторую жизнь, разработан и осуществляется комплекс мероприятий. Не допускается уничтожение растительности по берегам водоемов, проводят обсадку и закрепление берегов рек, балок и оврагов, усилена охрана водоемов от загрязнения, строят водорегулирующие плотины. В благоустройстве малых рек активно участвуют коллективные члены Общества охраны природы - колхозы и совхозы.

Однако такое отношение к малым рекам проявляют не везде. Нередко вырубают прибрежные леса и кустарники, что создает условия для возникновения эрозии. Это совершенно недопустимо, так как пойменные леса как водоохранные и почвозащитные относятся к первой категории, где рубки, кроме санитарной, запрещены.

Эвтрофикация – это процесс повышения продуктивности водоема за счет значительного роста биомассы фитопланктона вследствие поступления в водоем биогенных веществ (в частности, фосфатов и нитратов).

Источники: выщелачивание почв, удобрения, моющие вещества, отходы животноводства, атмосферные аэрозоли, слива канализационных и ливневых городских стоков, дополнительное поступление почвенных наносов вследствие водной эрозии.

Эвтрофикация приводит к резкому возрастанию биомассы фитопланктона вследствие массового размножения сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, уменьшение разнообразия видов, утрату генофонда, уменьшение способности экосистем к саморегуляции.

Механизм и последствия эвтрофикации заключаются в следующем (Рисунок 4). Поступление в водоем биогенных веществ (соединений фосфора, азота) вызывает массовое развитие фитопланктона, питающегося биогенами в толще воды. Последовательно происходит значительное помутнение воды, угнетение бентосной растительности; снижение концентрации кислорода в глубоких слоях водоема.

Фитопланктон сменяют синезеленые водоросли . Основными их питательными веществами являются фосфор и азот. Продуктивность их в воде лимитировалась низкой концентрацией фосфора в воде. Но так было до середины ХХ в. Бурное развитие промышленности, производство удобрений и моющих средств, отходы животноводства привели к резкому увеличению концентрации в водоемах биогенных веществ.

Токсичность их во время цветения установлена в Киевском водохранилище на р. Днепр, в Куршунском заливе Балтийского моря и т.д. Поэтому основным ограничивающим фактором «цветения» синезеленых водорослей является уменьшение стока биогенных веществ, в основном фосфора, в водные системы.

По сути эвтрофикацию следует понимать как экологическую сукцессию водной экосистемы (обычно пресноводных непроточных водоемов). Однако человеческая деятельность ускоряет процесс естественной эвтрофизации, поэтому данный процесс в настоящее время считают одним из результатов сельскохозяйственного производства, загрязнения окружающей среды; негативного изменения продуктивности водоема и в итоге его потери для хозяйственного использования.

Например , увеличение поступления биогенных веществ (особенно азота и фосфора) в Великие Американские озера привело к их эвтрофированию. В них произошла перестройка трофических цепей: в фитопланктоне доминирующую роль приобрели сине-зеленые водоросли, а это, в свою очередь, привело к смене зоопланктона и в конечном счете сказалось на составе ихтиофауны (американская селедка вытеснила высокосортные породы рыб – хариуса, сига, головня). Аналогичные процессы происходят в Женевском и Ладожском озерах.

Рисунок 4. Механизм эвтрофикации водоема

водоросли в результате совей жизнедеятельности производят сильнейшие

Процессы эвтрофицирования также охватили многие речные экосистемы (особенно малые реки), замкнутые и полузамкнутые морские бассейны.

Особенно пострадало Балтийское море: в 30-х гг. ХХ в донных осадках отсутствовал сероводород, а в 1975 г. площадь сероводородной зоны достигла 84 тыс. км 2 . Во многих морях усилились «красные приливы», связанные с чрезмерным сбросом в них органических веществ и массовой вспышкой численности пирофитовых водорослей (динофлагеллят).

Экологические последствия загрязнения морских экосистем (океанических вод) выражаются в следующих процессах и явлениях:

· нарушении устойчивости экосистем; прогрессирующей эвтрофикации;

· появлении «красных приливов»;

· накоплении химических токсикантов в биоте; снижении биологической продуктивности; возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской среде;

· микробиологическом загрязнении прибрежных районов морей и океанов. Объемы поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли, ежегодно сбрасывается до 300 млрд. м 3 сточных вод, 90% которых не подвергаются предварительной обработке.

2.5.2. Чистая путевая вода: проблема и решения

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в настоящее время 1,2 млрд. человек не имеют воды в необходимом количестве, миллионы людей умирают ежегодно от болезней, вызванных растворенными в воде веществами. В январе 2008 года на Всемирном экономическом форуме ООН (World Economic Forum Annual Meeting 2008), проходившем в Швейцарии, утверждалось, что к 2025 году население более половины стран мира будет испытывать недостаток в чистой воде, а к 2050 году – 75%.

Количество токсичных веществ постоянно увеличивается как в развитых, так и в развивающихся странах: от тяжелых металлов и продуктов нефтеперегонки до таких канцерогенных соединений, как нитрозоамины, патогенные бактерии и вирусы. Увеличивающееся население Земли, особенно та его часть, что проживает в городах (в 2008 году оно достигло 50%), а также продолжающийся рост потребления воды - особенно в производстве, сельском хозяйстве и энергетике - тянет за собой и большие затраты водных ресурсов из традиционных источников.

Проблема чистой воды надвигается со всех сторон: так например, ученые предполагают, что в ближайшие 30 лет таяние ледников (одни из основных запасов пресной воды на Земле) приведет к сильным скачкам в уровне многих крупных рек, таких как Брахмапутра, Ганг, Хуанхэ, что поставит полтора миллиарда жителей Юго-Восточной Азии под угрозу нехватки питьевой воды. При этом уже сейчас расход воды, например, из реки Хуанхэ настолько велик, что она периодически не достигает моря.

Для того чтобы избежать водного кризиса, разрабатываются новые технологии очистки и дезинфекции воды, её опреснения, а также методы её повторного использования. Однако помимо научных изысканий необходимы действенные методы организации контроля над водными ресурсами стран: к сожалению, в большинстве государств использованием и планированием водных ресурсов занимается несколько организаций (так, в США этим заняты более двадцати разных федеральных агентств). Эта тема стала основной для номера от 19 марта этого года научного журнала Nature. В частности, Марк Шеннон (Mark Shannon) и его коллеги из университета Иллинойса в Эрбане–Шампейн (США) провели обзор новых научных разработок и систем нового поколения в следующих областях: дезинфекции воды и удаления патогенов без использования избыточного количества химических реагентов и образования токсичных побочных продуктов; обнаружение и удаление загрязняющих веществ в низкой концентрации; повторное использование воды, а также опреснение морской и воды из внутренних водоемов. Что немаловажно, эти технологии должны быть относительно недорогими и пригодными к использованию в развивающихся странах.

Тонкая зараза
Дезинфекция особенно важна в развивающихся странах Юго-восточной Азии и Субсахары: именно там патогены, живущие в воде, чаще всего становятся причиной массовых заболеваний. Наряду с болезнетворными организмами - такими, как гельминты (глисты), простейшие одноклеточные, грибы и бактерии, повышенную опасность представляют вирусы и прионы. Свободный хлор - самый распространенный в мире (а также самый дешевый и один из самых эффективных) дезинфектор - отлично справляется с кишечными вирусами, однако бессилен против вызывающих диарею криптоспоридий С.parvum или микобактерий. Ситуация осложняется и тем, что многие возбудители болезней живут в тонких биопленках на стенках водопроводных труб.

В Индии, где потребность в дезинфекции воды ощущается довольно остро, для этих целей применяется жавелевая вода. Фото: WHO
Новые эффективные методы дезинфекции должны состоять из нескольких барьеров: удаление с помощью физико-химических реакций (например, коагуляции, седиментации или мембранной фильтрации) и обезвреживание с помощью ультрафиолета и химических реагентов. Относительно недавно для фотохимического обезвреживания патогенов вновь стали использовать свет видимого спектра, а в некоторых случаях эффективно использование комбинирование УФ с хлором или с озоном. Правда, такой подход иногда вызывает появление побочных вредных веществ: например, от действия озона в воде, содержащей ионы бромида, может появиться канцероген бромат.

В развивающихся странах используется технология дезинфекции воды в бутылях из полиэтилена терефталата (PET) с помощью, во-первых, солнечного света, во-вторых, гипохлорида натрия (этот метод используется в основном в сельской местности). Благодаря хлору удалось снизить частоту желудочно-кишечных заболеваний, однако в областях, где в воде содержится аммиак и органический азот, метод не работает: с этими веществами хлор образует соединения и становится неактивен.

Предполагается, что в будущем методы дезинфекции будут включать действие ультрафиолета и наноструктур. Ультрафиолетовое излучение эффективно в борьбе с бактериями, живущими в воде, с цистами простейших, однако не действует на вирусы. Тем не менее ультрафиолет способен активировать фотокаталитические соединения, например, титана (TiO2), которые в свою очередь способны убивать вирусы. Кроме того, новые соединения, такие как TiO2 с азотом (TiON) или с азотом и некоторыми металлами (палладием), могут активироваться излучением видимой части спектра, на что требуется меньше затрат энергии, чем при облучение ультрафиолетом, или даже просто солнечным светом. Правда, подобные установки для дезинфекции имеют крайне небольшую производительность.

Другой важной задачей в очищении воды является удаление вредных веществ из нее. Существует огромное количество токсичных веществ и соединений (таких как мышьяк, тяжелые металлы, галогенсодержащие ароматические соединения, нитрозоамины, нитраты, фосфаты и многие другие). Список предположительно вредных для здоровья веществ постоянно растет, а многие из них токсичны даже в ничтожных количествах. Обнаружить эти вещества в воде, а потом удалить их в присутствии других, нетоксичных примесей, содержание которых может быть на порядок выше, - сложно и дорого. А кроме всего прочего, это поиск одного токсина может помешать обнаружению другого, более опасного. Методы мониторинга загрязняющих веществ неизбежно связаны с использованием сложного лабораторного оборудования и привлечением квалифицированного персонала, поэтому очень важно везде, где только возможно, находить недорогие и относительно простые способы идентификации загрязнений.

Важна здесь и своего рода «специализация»: например, триоксид мышьяка (As-III) раз в 50 токсичнее пентоксида (As-V), и поэтому необходимо измерять их содержание и вместе, и по отдельности, для последующей нейтрализации или удаления. Существующие же методы измерения или имеют низкий предел точности, или требуют квалифицированных специалистов.

Ученые считают, что перспективным направлением в разработке методов обнаружения вредных веществ является метод молекулярного распознавания (molecular recognition motif), основанном на использовании сенсорных реактивов (вроде знакомой со школы лакмусовой бумажки), вместе с микро- или нанофлюидным управлением (micro/nanofluidic manipulation) и телеметрией. Подобные биосенсорные методы можно применять и к болезнетворным микроогранизмам, живущим в воде. Однако в этом случае надо следить за наличием в воде анионов: их присутствие может нейтрализовать достаточно действенные - при других условиях - методы. Так, при обработке воды озоном бактерии гибнут, но если в воде находятся ионы Br-, происходит окисление до BrO3-, то есть один вид загрязнения меняется на другой.

В настоящее время органические вредные вещества в воде стараются посредством реакций превратить в безобидные азот, углекислый газ и воду. Серьезные анионные загрязнители, такие как нитраты и перхлораты, удаляют с помощью ионообменных смол и обратного осмоса, а токсичные рассолы сливают в хранилища. В будущем, возможно, будут использоваться биметаллические катализаторы для минерализации этих рассолов, а также активные нанокатализаторы в мембранах для трансформации анионов.

Повторное использование воды
Сейчас специалисты по охране природы самозабвенно мечтают о повторном использовании промышленных и городских сточных вод, предварительно доведенных до качества питьевой воды. Но в этом случае приходится иметь дело с огромным количеством всевозможных загрязнителей и патогенов, а также органических веществ, которые должны быть удалены или трансформированы в безвредные соединения. Следовательно, все операции удорожаются и усложняются.

Городские сточные воды обычно проходят обработку в очистных сооружениях, в которых во взвешенном состоянии находятся микробы, удаляющие органику и остатки пищевых веществ, а потом в отстойных резервуарах, где происходит разделение твердых и жидких фракций. Воду после такой очистки можно сбрасывать в поверхностные водоемы, а также использовать для ограниченного полива и на некоторые заводские нужды. В настоящее время одна из активно внедряемых технологий - мембранные биореакторы (Membrane Bioreactor). Эта технология сочетает использование взвешенной в воде биомассы (как в обычных очистных сооружениях) и водных микро- и ультратонких мембран вместо отстойников. Воду после МБР можно свободно использовать для ирригации и для заводских нужд.

МБР также могут принести большую пользу в развивающихся странах с плохой канализацией, особенно в быстрорастущих мегаполисах: они позволяют обрабатывать непосредственно сточные воды, отделяя из них полезные вещества, чистую воду, азот и фосфор. МБР используют также как предварительную обработку воды для обратного осмоса; если же потом обработать её УФ (или фотокаталитическими веществами, реагирующими на видимый свет), то она будет пригодна для питья. В будущем, возможно, системы для «повторного использования воды» будут состоять только из двух этапов: МБР с нанофильтрационной мембраной (что избавит от необходимости этапа обратного осмоса) и фотокаталитического реактора, который послужит преградой для патогенов и уничтожит органические загрязнители с малой молекулярной массой. Правда, одной из серьезных преград является быстрое засорение мембраны, и успех развития этого направления очистки воды во многом зависит от новых модификаций и свойств мембран.

Немалую преграду составляют и законы об охране окружающей среды: во многих странах строго запрещено повторное использование воды для коммунальных нужд. Однако из-за недостачи водных ресурсов меняется и это: так, в США повторное использование воды ежегодно возрастает на 15%.

Без соли
Увеличить запасы пресной воды с помощью опреснения вод морей, океанов и засоленных внутренних водоемов - очень соблазнительная цель, ведь эти запасы составляют 97,5% всей воды на Земле. Технологии опреснения шагнули далеко вперед, особенно за последнее десятилетие, однако до сих пор они требуют много энергии и капиталовложений, что сдерживает их распространение. Скорее всего, доля крупных установок по опреснению воды традиционным (термальным) способом уменьшится: они расходуют слишком много энергии и сильно страдают от коррозии. Предполагается, что будущее за небольшими системами опреснения, рассчитанными на одну или несколько семей (это касается в основном развивающихся стран).

Современные технологии опреснения используют мембранное разделение с помощью обратного осмоса и температурную дистилляцию. Сдерживающими факторами для развития опреснения являются, как уже было сказано, высокое потребление энергии и эксплуатационные расходы, быстрое загрязнение мембран установок, а также проблема утилизации соляного рассола и присутствие в воде остатков загрязнителей с низким молекулярным весом, например, бора.

Перспективность исследований в этом направлении определяется прежде всего снижением удельных затрат энергии, и тут определенный прогресс налицо: если в 1980-х годах они в среднем составляли 10 кВт·ч/м3, то в настоящее время они сократились до 4 кВт·ч/м3. Но есть и другие важные успехи: создание новых материалов для мембран (например, из нанотрубок из углерода), а также создание новых очистных биотехнологий.

Остается надеяться, что в ближайшие годы наука и технологии действительно сильно шагнут вперед - ведь даже оставаясь пока для многих почти незаметным, призрак водного кризиса давно уже бродит не только по Европе, но и по всему миру.

Эвтрофикация - это обогащение экосистемы питательными веществами. В течение длительного периода, обычно нескольких тысяч лет, озера естественным образом изменяют свое состояние с олиготрофного (бедного биогенными элементами) до эвтрофного (богатого ими) или даже дистрофного, т. е. с высоким содержанием в воде не минеральных, а органических веществ. Однако в XX в. произошла ускоренная антропогенная эвтрофикация многих озер, внутренних морей (в частности, Балтийского, Средиземного, Черного) и рек по всему миру.

Главной причиной этого стало усиленное применение азотных удобрений и сброс в водоемы больших количеств содержащих фосфаты бытовых сточных вод. Последнее отражает не только рост народонаселения планеты, но и современную тенденцию к увеличению его городской доли, а также совершенствование канализационных систем.

Эвтрофикация создает острые экономические и экологические проблемы. Чистая вода необходима для многих промышленных процессов, людей и домашнего скота, коммерческого и спортивного рыболовства, функционирования курортных зон и навигации.

Типичные кривые «кислородного истощения»: влияние сброса в реку органики на концентрацию растворенного кислорода в воде. (Из С. F. Mason (1981) Biology of fresh water pollution, Longman.)

Нитраты и особенно фосфаты относятся к питательным веществам, чаще всего определяющим первичную продуктивность водных экосистем. Таким образом, добавка этих солей стимулирует быстрое размножение планктона. Консументы реагируют на рост кормовых ресурсов медленнее, поэтому увеличивается доля авто-трофов, гибнущих «естественной смертью» и непосредственно снабжающих органикой де-тритныс пищевые цепи. Минерализация накапливающихся остатков редуцентами требует кислорода. В результате его концентрация в воде может упасть ниже уровня, необходимого для нормального развития многих видов прежней экосистемы. В далеко зашедших ситуациях рыба и другие крупные животные гибнут, их разложение усиливает потребность в кислороде, и процесс идет по нарастающей. Эта проблема может затрагивать не только непосредственно эвтрофированную зону.

Нескольких участков с дефицитом кислорода в речных системах бывает достаточно для блокирования миграции проходных рыб, например лососей и угрей.

Тепловая стратификация озера в средних широтах (прудыЛинсяи, Коннектикут, США). Летом теплый, богатый кислородом циркулирующий слой воды (эпилимнион) отделяется от прохладного, бедного кислородом придонного слоя (гиполимниона) широкой зоной быстрого изменения температуры - термоклином. В этой зоне градиент оксигенации воды аналогичен приведенному для водоема в целом. (С изменениями из: Е. P. Odum (1971) Fundamentals of ecology, Saunders.)

Дезоксигенация проточных водоемов , вызванная органическими остатками, - процесс медленный, и максимальный дефицит кислорода обычно наблюдается на некотором расстоянии от места поступления питательных веществ. Так, например, в Темзе в 1967 г. осенью при низком уровне воды зона кислородного истощения простиралась на 40 км ниже Лондонского моста, а весной, когда вода стояла высоко, - всего на 12 км. В последние 30 лет проведена большая работа по очистке этой реки. Такого сильного дефицита кислорода в Темзе больше не наблюдается, и рыбу можно ловить на всем ее протяжении.

В озерах проблему вызванного эвтрофикацией дефицита кислорода может обострять сезонная стратификация, т. е. формирование несмешивающихся слоев воды с разными температурами. В умеренном климате температурная стратификация происходит обычно в начале лета, главным образом по двум следующим причинам.
1. Солнце нагревает поверхность воды . Теплая вода имеет более низкую плотность, поэтому она не погружается, а образует теплый стационарный верхний слой (эпилим-нион). Ниже этого слоя вода может нагреваться только за счет теплопроводности, а в жидкой среде это процесс медленный.
2. Реки и ручьи , впадающие в озеро, мельче его. Их вода прогревается на всю глубину. Она смешивается только с эпилимнионом, еще больше повышая его температуру по сравнению с глубинным слоем (гиполимнионом)

Для озерной экосистемы все это имеет важные последствия, в частности затрудняет снабжение гиполимниона кислородом.

Вода озера снабжается кислородом тремя основными путями:
1) за счет фотосинтеза, требующего света, т. е. наиболее интенсивно идущего у поверхности;
2) путем диффузии из атмосферы;
3) с проточной водой впадающих рек и ручьев.

Как видно, эти источники обогащают кислородом прежде всего эпилимнион . Оксигенация глубинных слоев зависит от диффузии сверху и перемешивания воды во время сильного волнения. Последнее более характерно для зимнего сезона. Таким образом, при установлении летней стратификации жизнь в глубине озера зависит главным образом от образовавшегося к весне запаса кислорода в ги полимн ионе.

В здоровой озерной экосистеме большая часть первичной биомассы поедается фитофагами; на долю детритофагов и редуцентов приходится сравнительно мало пищи. Эвтрофикация повышает продуктивность фитопланктона в эпилимнионе, и масса мертвых остатков оседает на дно водоема, поскольку консументы «не справляются» с возросшим количеством корма. Это стимулирует развитие в гиполимнионе редуцентов, истощающих и так небольшой запас кислорода. Если бы кислорода в гиполимнионе было много, то никаких проблем не возник&то бы. Однако к концу лета там возможно развитие аноксических (бескислородных) условий, вызывающих катастрофическую гибель (замор) рыбы и других животных.

Антропогенная эвтрофикация, в отличие от природной, является побочным следствием активности человека и состоит в быстром повышении трофности водоема вследствие попадания в него минеральных (биогенных) и органических веществ в количествах, значительно превышающих обычные природные уровни.
Малые водоемы загрязняются минеральными и органическими веществами быстрее. Поэтому проблема эвтрофикации давно известна для пресноводных экосистем, прежде всего в связи с «цветением» озер, рек и водохранилищ. Однако к 80-м годам ХХ века на больших участках морей, в первую очередь, внутренних, появились признаки изменения экосистем, которые нельзя уже было объяснить возможными многолетними флуктуациями и др. природными причинами.
Считается, что морская эвтрофикация более сложна и менее изучена, но для некоторых морских экосистем очевидны такие тяжелые последствия этого процесса, как массовая смертность промыслового и кормового бентоса, донных рыб, серьезный ущерб для индустрии туризма, связанный с ухудшением эстетических ресурсов морского побережья, снижением прозрачности воды, появлением неприятных запахов и т.д.
Акватории морей всегда были неоднородными по уровню трофности. Так, в зонах регулярного подъема глубинных вод, богатых биогенными элементами, в приустьевых участках трофность морских вод всегда повышена. Природные экосистемы откликаются на это повышенной продуктивностью. Но сброс в море и вынос реками биогенных элементов и органических веществ достиг такой интенсивности, что экосистемы не могут переработать эти поступления. Наступает нарушение регулировки экосистемы, баланса процессов, что завершатся общим экологическим стрессом, ущербом живым ресурсам моря, особенно вблизи источников эвтрофикации.
Эвтрофикация порождает в природных водоемах ряд взаимосвязанных явлений, объединяемых иногда термином «синдром эвтрофикации». В их числе - «цветение» воды, или, [.Одум, 1975], «злокачественное» увеличение биологической продуктивности, дефицит кислорода в придонных слоях воды (гипоксия), массовая гибель донных и придонных организмов (заморы), выделение в процессе разложения белковых веществ сероводорода, уменьшение прозрачности воды и др. Процесс эвтрофикации водоемов получил особенно стремительное развитие в последние 2-3 десятилетия как следствие интенсификации сельского хозяйства, промышленности и других видов практической деятельности людей. Причем степень вызванной трофности каждого отдельно взятого водоема зависит от конкретных физико-географических, гидрологических и гидробиологических условий.

Эвтрофиация - называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов». Это насыщение водоёмов биогенными элементами, сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов. Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоёма, так и антропогенных воздействий. В течение длительного периода, обычно нескольких тысяч лет, озера естественным образом изменяют свое состояние с олиготрофного (бедного биогенными элементами) до эвтрофного (богатого ими) или даже дистрофного, т. е. с высоким содержанием в воде не минеральных, а органических веществ. Однако в XX в. произошла ускоренная антропогенная эвтрофикация многих озер, внутренних морей (в частности, Балтийского, Средиземного, Черного) и рек по всему миру. Эвтрофикация - нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна. Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности, а также из-за смыва избыточно внесенных удобрений с полей.

Основные химические элементы, способствующие эвтрофикации «биогенные элементы» - фосфор и азот.

Эвтрофным водоёмам присущи богатая литоральная и сублиторальная растительность, обильный планктон. Искусственно несбалансированная эвтрофикация может приводить к бурному развитию водорослей (Цветение воды), дефициту кислорода, заморам рыб и животных. Этот процесс можно объяснить малым проникновением солнечных лучей вглубь водоёма и, как следствие, отсутствием фотосинтеза у надонных растений, а значит и кислорода.

Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий.