11. Biologia wód zanieczyszczonych : organizmy żywe zasiedlające wody zanieczyszczone.
W warunkach naturalnych w każdym zbiorniku wodnym ustał się stan specyficznej równowagi pomiędzy czynnikami fizykochemicznymi i biologicznymi, a z drugiej strony - równowagi pomiędzy, poszczególnymi składnikami biotycznymi środowiska wodnego, które tworzą określone zespoły organizmów żywych, powiązanych w zamknięty łańcuch pokarmowy. Oczywiście w każdym zbiorniku wodnym pojawiają się zawsze pewne zanieczyszczenia lokalne, czyli autochtoniczne, powstałe np. wskutek obumierania organizmów roślinnych lub zwierzęcych, lecz nie pojawiają się one trwałych zmian w biocenozie i są one stosunkowo szybko usuwane w trakcie cyklicznych zmian zachodzących o obrębie danego ekosystemu wodnego. Jeśli zanieczyszczenia te mają charakter substancji organicznych, to przejściowo w danym zbiorniku wodnym zyskują przewagę heterotrofy. Jeśli natomiast w wodzie pojawi się nadmiar związków mineralnych, to przejściowo do głosu dochodzą organizmy autotroficzne.
Istniejący w warunkach zbiornikach wodnych stan równowagi ulega jednak poważnym zakłóceniom z chwilą wprowadzenia do zbiornika zanieczyszczeń zewnętrznych, czyli allochtonicznych, w postaci ścieków bytowo-gospodarczych lub przemysłowych.
Szkodliwość zanieczyszczeń działania zanieczyszczeń polega przede wszystkim na tym, że powodują one zmianę warunków fizyko-chemicznych panujących w zbiorniku wodnym, a to z kolei pociąga za sobą zmiany w składzie biocenozy. Po wprowadzeniu ścieków lub innych zanieczyszczeń allochtoniczych do rzeki lub jeziora, w środowisku wodnym dochodzi do bardzo ostrej selekcji. Mianowicie, ze zbiornika wodnego znikają zupełnie gatunki autochtoniczne, a na ich miejsce pojawiają się całkowita obce organizmy żywe o zupełnie innych wymaganiach ekologicznych które najczęściej przejmują dominację w biocenozie. Pomimo obecności szkodliwych substancji chemicznych w wielu silnie zanieczyszczonych zbiornikach wodnych bytują jednak różne, bardziej lub mniej liczne organizmy żywe, które określa się mianem saprobów. Do grupy saprobów należą przede wszystkim chemoorganotroficzne bakterie, grzyby wodne, część sinic i pierwotniaków, a nawet niektóre zwierzęta niższe. Wspólną cechą wszystkich saprobów, oprócz ich zdolności do życia i rozmnażania w wodach zanieczyszczonych, jest ich wysoka aktywność metaboliczna, przejawiająca się w ich zdolności do biodegradacji substancji organicznych. Substancje te saproby częściowo wykorzystają jako podstawowy materiał energetyczny oraz jako substraty do budowy własnych elementów komórkowych, a częściowo, już po zrealizowaniu, przekazują do środowiska wodnego. Biorąc pod uwagę zdolność saprobów do utrzymywania się w wodach powierzchniowych w obecności różnych zanieczyszczeń chemicznych, organizmy te dzielimy na trzy grupy. Wymieniając od najbardziej odpornych na zanieczyszczenia do coraz bardziej wrażliwych są to: poilsaproby, mezosaproby, mezosaproby
Dwie ostatnie grupy określa się łącznie jako saprofile. Przeciwieństwem saprobów są tzw. kataroby, które bytują wyłącznie w wodach idealnie czystych, głównie w wodach źródlanych, a także oligosaproby, które żyją w wodach tylko nieznacznie zanieczyszczonych.
12.Zjawisko samooczyszczania wód powierzchniowych: procesy jednostkowe i podstawowy mechanizm samooczyszczania, czynniki ekologiczne (fizyczne, chemiczne i biologiczne) wywierające wpływ na efektywność i szybkość samooczyszczania.
Samooczyszczanie jest to złożone zjawisko fizyko-chemiczne, które polega na usuwaniu z wody nadmiernych ilości substancji chemicznych rozpuszczonych w wodzie, a także cząstek nierozpuszczalnych. Procesy samoocz. rozgrywają się głównie w rzekach i zachodzą one pomiędzy miejscem zrzutu ścieków, a miejscem, w którym woda rzeczna odzyskuje cechy wody czystej. Im szybsze jest tempo samoocz., tym krótszy jest zanieczyszczony odcinek rzeki.
Wyróżniamy podstawowe procesy jednostkowe: rozcieńczone i mieszane zanieczyszczeń zawartych w ściekach wodami odbiornika, sedymentacja, czyli opadanie zawiesin zarówno organicznych, jak i nieorganicznych na dno zbiornika, adsorpcja zanieczyszczeń na powierzchni znajdujących w wodzie cząstek stałych, mineralizacja substancji organicznych zachodząca w wyniku enzymatycznej hydrolizy i utleniania zanieczyszczeń organicznych przez drobnoustroje, a także następująca w nieco późniejszej fazie asymilacji związków nieorganicznych, pobór tlenu z atmosfery oraz uwalnianie i dyfuzja gazowych produktów przemiany materii z wody do atmosfery.
Najważniejszą rolę w procesie samoocz. odgrywają przemiany biochemiczne, których efektem jest mineralizacja zanieczyszczeń organicznych pod wpływem enzymów wytwarzanych przez drobnoustroje. Przemiany biochemiczne stanowią przykład metabiozy, czyli zjawiska, w którym końcowe produkty metabolizmu jednych organizmów żywych są jednocześnie substratami dla innej, kolejnej grupy organizmów. W pierwszym etapie przemian metabolicznych największa rola przypada chemoorganotroficznym bakteriom oraz grzybom, które posiadają zdolność do enzymatycznej hydrolizy wielocukrów, tłuszczowych i białek do prostych składników takich jak cukry proste, kwasy tłuszczowe czy aminokwasy. Drugi etap polegający na dalszej degradacji cukrów prostych, aminokwasów i kwasów tłuszczowych aż do całkowitego ich rozpadu na dwutlenek węgla, wodę i amoniak czy siarkowodór. Na końcu łańcucha znajdują się ugrupowania organizmów, które przetwarzają te ostatnie substancje na bardziej trwałe związki, a mianowicie na węglany, azotany i siarczany.
Czynny bezpośredni udział w samoocz. biorą saprofityczne bakterie chemoorganotroficzne i grzyby wodne, które czasami współdziałają z tzw. miksotroficznymi glonami, tj. glonami, które w pewnych warunkach odżywiają się samożywnie, a w pewnych cudzożywnie. Ponadto, bezpośrednią i to ważną rolę w samooczyszczaniu mogą odgrywać niektóre pierwotniaki, głównie bezbarwne wiciowce, które pobierają pokarm organiczny drogą osmozy. Ostateczny wynik samoocz. zależy w znacznej mierze od ilościowego stosunku heterotrofów do autotrofów w zanieczyszczonym środowisku wodnym. Spośród trzech ugrupowań organizmów wodnych zawierających drobnoustroje tj. planktonu, peryfitonu i bentosu. Rola drobnoustrojów planktonowych w samooczyszczaniu jest niezbyt wielka, przynajmniej w porównaniu z peryfitonem i bentosem.
Na efektywność procesu samoocz. mają wpływ następujące czynniki: skład chemiczny wody w odbiorniku,
skład chemiczny ścieków doprowadzonych do zbiornika oraz ładunek zanieczyszczeń, ukształtowanie koryta rzecznego, energia przepływu wody, turbulencja wywołana prądami wody, obecność urządzeń i budowli hydrotechnicznych, temperatura wody w zbiorniku i temperatura ścieków, ciśnienie atmosferyczne, stopień nasycenia wody tlenem, szybkość samooczyszczania zależy od warunków klimatycznych: dostęp lub brak dostępu światła słonecznego, opady lub ich brak, występowanie i siła wiatrów.
Bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na szybkość i efektywność procesu samoocz. jest temperatura. Zmiany temperatury w sposób widoczny odbijają się na składzie jakościowym i ilościowym drobnoustrojów biorących udział w samoocz. W niskich temperaturach, tj. od 0 do 60 C, w układzie wielu bakterii obecnych w zbiorniku wodnym jest wyraźne zahamowany, aktywność metaboliczna pozostałych organizmów żywych zaangażowanych w procesy samoocz. jest bardzo niska. W okresie zimowym, dodatkowym czynnikiem obniżającym szybkość rozkładu zanieczyszczeń w z zbiornikach wodnych jest tworzenie się pokrywy lodowej, odcinającej dostęp tlenu atmosferycznego, który jest niezbędny do prawidłowości przebiegu samoocz.Z kolei, w podwyższonych temperaturach, co w przypadku zbiorników wodnych oznacza temperatury powyżej 250C, w układzie biocenotycznym biorącym udział w samoocz. wyraźną przewagę zdobywają mezofile pałeczki Gram-ujemne, których obecność nie zawsze jest korzystna, a jednocześnie zmniejsza się liczba niezwykle aktywnych i wydajnych w procesie biodegradacji autochtonicznych bakterii psychrofilnych, których optimum wzrostu wynosi od 10 do 200C.
s