АКТИВНАЯ РЕАКЦИЯ СРЕДЫ (рН)

 

В природных водоемах часть молекул воды (а также и других веществ)

находится в состоянии диссоциации, то есть, расщеплены на положительно

(катионы) и отрицательно (анионы) заряженные ионы. Так, молекула воды

диссоциирует на ион водорода (Н+) и ион гидроксила (ОН-):

                           Н2О ↔ Н+ + ОН-

Скорости диссоциации и образования молекул воды равны, поэтому

произведение концентрации ионов водорода и гидроксила в воде является

постоянной величиной – константой равновесия воды, которая равна

10-14 моль2 кг-2. В чистой воде концентрация Н+ и ОН- равны, поэтому

концентрация каждого иона равна 10-7 моль кг-1.

Если в растворе больше ионов водорода, чем ионов гидроксила, то этот

раствор кислый; при избытке ионов гидроксила раствор становится щелочным. Таким образом, концентрация каждого из ионов – водорода и гидроксила – является мерой кислотности или щелочности раствора.

Концентрация водородных ионов или активная реакция среды, выражается показателем рН. Он используется для характеристики кислотности и щелочности раствора.

Концентрацию этих ионов в связи с малой величиной принято обозначать

в виде их логарифмов, взятых с обратным знаком. Если раствор нейтральный, то концентрация ионов водорода равна 10-7 моль кг-1 и рН = - lg10-7 моль кг-1 = 7. В щелочной среде рН > 7, в кислой - < 7. В природных водоемах активная реакция среды редко бывает нейтральной и подвержена значительным колебаниям. Это связано с тем, что в среде находятся и другие вещества, способные распадаться на ионы, нарушающие равновесие между ионами Н+ и ОН-. Таким образом, активная реакция характеризует состояние веществ в растворе.

Все пресноводные бассейны можно объединить в две основные группы:

воды нейтрально-щелочные с рН > 6 и воды торфяные с рН < 5 (Зернов, 1949). В природе встречаются и отклонения от этих двух групп. В период массового

развития фитопланктона и в зарослях высшей водной растительности активная реакция среды смещается в щелочную сторону с рН = 7, 8-8, 8 и даже 9, 5-10, 5. В сфагновых озерах и болотах, богатых гуминовыми веществами, рН = 4, 0-4, 5 или 3, 4-3, 8.

В природных водоемах величина рН зависит от многих физико-химических и биологических факторов. Из физико-химических факторов наибольшее значение имеет наличие в среде углекислоты и углекислых солей – карбонатов и бикарбонатов. Эти вещества в основном регулируют рН среды, как в морских, так и пресных водоемах.

При растворении СО₂ в воде происходит образование угольной кислоты, которая диссоциирует с образованием ионов Н+ и НСО3- и способствует, таким образом, подкислению воды. Углекислые соли находятся в водоемах в виде карбонатов и бикарбонатов. В растворах эти соли диссоциируют собразованием гидроксильных ионов, в результате чего происходит подщелачивание воды.

На изменение величины рН большое влияние оказывают происходящие в водоемах биологические процессы. Дыхание гидробионтов, разложение органического вещества, сопровождающиеся выделением СО₂, способствуют повышению кислотности воды. Потребление СО₂ растениями при фотосинтезе, наоборот, подщелачивает среду. Летом при интенсивном развитии фитопланктона и прибрежных водных растений, в поверхностных слоях воды происходит повышение значений рН до 9-10.

Сильное подщелачивание воды во время развития растений связано не только с тем, что они потребляют свободную углекислоты, но и тем, что в этот период в воде накапливаются карбонаты: растения отщепляют углекислоту от бикарбонатов, переводя их тем самым в карбонаты.

В морских водоемах активная реакция среды слабощелочная. Она практически постоянна и колеблется лишь в пределах от 8, 0 до 8, 3. Это связано с сильной забуференностью среды и относительно слабым развитием

фитопланктона.

В пресных водоемах активная реакция среды испытывает сезонные колебания. Зимой в результате замедления жизнедеятельности организмов рН составляет 7, 0-7, 5, летом она возрастает, а в периоды цветения водорослей и активной вегетации водных растений достигает 9-10.

Наблюдаются и суточные изменения величины рН, в основном летом, что связано с высокой активностью биологических процессов в дневное время.

Изменяется значение рН и с глубиной: в придонных слоях, где отсутствует фотосинтез, наблюдается повышение кислотности воды (Березина, 1973).

В водоемах кислого типа рН среды более постоянен, и меньше зависит от

жизнедеятельности организмов, так как их население очень бедно. Подкисление болотных вод связано также с деятельностью мха сфагнума, способного избирательно адсорбировать различные катионы солей, замещая их водородными ионами. За счет этого рН повышается до 4; когда наступает ионное равновесие процесс обмена приостанавливается (Кокин, 1982).

Активная реакция среды оказывает влияние на жизнедеятельность водных организмов. Это влияние может быть как прямым, так и косвенным.

Косвенное влияние проявляется через изменение содержания в воде различных соединений макро- и микроэлементов, растворимость которых (а, соответственно, и доступность для водных организмов) во многом зависит от величины рН. Так, многие водоросли не могут существовать при слишком высоких значениях рН из-за низкой растворимости многих микроэлементов.

Непосредственное влияние рН среды на организм сводится к воздействию водородных и гидроксильных ионов на проницаемость клеточных мембран, а, соответственно, и на их метаболизм.

Активная реакция среды определяет наличие в среде биогенных элементов и степень их доступности для прибрежно-водной растительности и фитопланктона. Это связано с тем, что многие элементы в щелочной среде

переходят в нерастворимую форму, тогда как в кислой среде растворимость их, а, соответственно, и доступность для растений повышается.

Активная реакция среды имеет большое экологическое значение. Изменение рН среды влияет на выживаемость организмов, интенсивность питания, рост, уровень газообмена и другие жизненные процессы.

Величина рН оказывает влияние и на водную растительность, в первую очередь погруженную. Наиболее благоприятные условия для развития прибрежно-водных растений - это слабощелочные воды; в кислых водоемах они растут значительно хуже.

Погруженная водная растительность в большей степени зависит от величины рН, состава и концентрации газов, химического состава илов, чем

растения с плавающими и надводными листьями. Наибольший интерес в газовом режиме водоемов представляет концентрация кислорода (О₂₎, свободной углекислоты (СО₂), сероводорода (Н₂S) и метана (СН₄).

Газовый режим морей и пресных водоемов тесно связан с термическими и биологическими процессами, активной реакции среды (рН) и др. Распределение газов по глубине иногда приобретает довольно сложный характер, объясняемый индивидуальными особенностями водоемов и интенсивностью биологических процессов (Давыдов, Дмитриева, Конкина, 1973).

Кислород – один из основных факторов, обеспечивающих наличие жизни в водоемах. Обогащение воды кислородом в основном происходит за счет его инвазии (вторжения) из атмосферы и выделения фотосинтезирующими организмами. Убыль О₂ происходит в результате его

эвазии (выхода) из воды в атмосферу и потребления при дыхании животных и растений (Константинов, 1979).

Коэффициент адсорбции О₂ одой при О⁰С равен 0, 04898. Следовательно, при нормальном содержании этого газа в атмосфере (210 мл/л) в 1 л воды окажется растворенным 210 мл х 0, 04898 = 10, 29 мл кислорода. На содержание кислорода в воде большое влияние оказывает ветровое волнение и течения. Роль диффузии О₂ из атмосферы в спокойной воде имеет весьма малое значение.

Кислород отличается умеренной растворимостью в воде, которая зависит

от ряда факторов, прежде всего от температуры и солености. С повышением

температуры и солености коэффициент адсорбции уменьшается и величина содержания О₂ в воде снижается (Табл. 4).

Кислородный режим водоемов зависит от многих факторов. Учитывая, что инвазия О₂ из атмосферы происходит только через поверхность воды, а зона фотосинтеза располагается в верхнем слое, последний, как правило, более насыщен кислородом, чем нижележащая толща. В процессе фотосинтеза растения выделяют огромное количество кислорода. В отдельные периоды сезона его содержание в воде оказывается в 3-4 раза большим, чем при тех же условиях О₂ мог бы раствориться из атмосферы.

Абсолютный показатель содержания кислорода в водоеме еще не показывает полностью, много или мало его в воде при данных условиях. Поэтому очень часто используют иной показатель - относительное содержание О₂ в воде (в процентах насыщения воды кислородом по отношению к нормальной величине его растворимости при данной температуре и давлении):

                      О₂ = а 100 760/ N Р (%)

где: а – количество кислорода в воде,

N - нормальное количество кислорода при данной температуре и давлении

760 мм рт. ст.,

Р – атмосферное давление.

Пересыщение воды кислородом особенно бывает значительным при цветении фитопланктона. В морских водоемах максимальное содержание кислорода в поверхностных слоях не превышает 110-120% полного насыщения. Зона фотосинтеза находится в верхнем слое (до глубины 20-50 м), который, как правило, более насыщен кислородом, чем остальная толща воды. В пресных водоемах концентрация водорослей выше, а фотосинтез осуществляется более интенсивно; концентрация О₂ нередко достигает 300% и более от полного насыщения воды кислородом.

                                                        Таблица 4.

  Растворимость атмосферного кислорода в воде в зависимости от

                температуры и солености (мл/л)

 

Темпера-           Соленость, %

0

 тура, С 0  1   2   3 4

0  10, 29 9, 65 9, 01 8, 36 7, 71

10 8, 02 7, 56 7, 10 6, 63 6, 17

20 6, 57 6, 22 5, 88 5, 53 5, 18

30 5, 57 5, 27 4, 96 4, 65 4, 35

Снижение концентрации кислорода в воде осуществляется в результате

его выхода из воды в атмосферу из пересыщенной воды кислородом. Особенно интенсивно это осуществляется при повышении температуры. Значительное количество кислорода тратится организмами при дыхании. Особенно велико потребление О₂ бактериями – до 90% от всего количества, потребляемого другими организмами. Кроме того, часть кислорода расходуется на окисление минеральных и органических соединений.

Поступление кислорода в водоем (из атмосферы и фотосинтеза растений)

ограничивается только верхним его слоем. Потребление кислорода на дыхание и окислительные процессы проходит во всей толще, в том числе и на дне. Поэтому в водоемах с интенсивными деструкционными процессами дефицит кислорода бывает весьма значительным.

В больших и глубоких водоемах (в основном олиготрофного типа) с относительно низкими температурами воды в течение большей части года и

малым содержанием биогенных элементов кислородный режим связан с температурой и условиями перемешивания водных масс. Содержание кислорода в этих водоемах повышенное и близкое к полному насыщению.

Максимальная концентрация кислорода (мг О₂/л) в этих водоемах наблюдается в предледоставный период, что соответствует хорошей его растворимости при низкой температуре. В период весенней и осенней гомотермии кислород распределяется равномерно во всей толще. Летом кислородный максимум может несколько смещаться вглубь толщи воды (за счет фотосинтетических процессов микроводорослей).

В мелких, хорошо прогреваемых озерах эвтрофного типа, с обилием водной растительности (прибрежной и фитопланктона), животных и богатых

органическим веществом, режим газов определяется в основном биологическими процессами, протекающими в толще воды и в илах.

Летом в распределении О₂ наблюдается отчетливо выраженная стратификация, аналогичная температурной. Верхние слои водоема сильно насыщены кислородом; с увеличением глубины концентрация его резко падает. В неглубоких водоемах биологические процессы в придонных слоях и илах бывают настолько интенсивными, что образуют дефицит кислорода.

В металимнионе также возможен дефицит кислорода. Это связано с интенсивными биологическими процессами в этом слое за счет концентрирования здесь легкоокисляемого органического вещества, поступающего из эпилимниона. Перепад температур в слое температурного скачка способствует задерживанию на границе холодного слоя отмерших планктонных организмов.

Зимой, при ледоставе, приток О₂ становится ничтожным. К концу зимы содержание его уменьшается как в эпилимнионе, так и в более глубоких слоях водоема. В гиполимнионе интенсивное потребление кислорода приводит к заморам, в результате чего гибнут многие животные, в том числе и рыба.

В эвтрофных водоемах максимальное количество кислорода наблюдается во время весенней и осенней циркуляций. В теплое время года в течение длительного периода устойчивой стратификации запасы О₂ в гиполимнионе

могут быть полностью исчерпаны уже к середине лета. Если в это время под

влиянием ветра происходит перемешивание поверхностных и глубинных вод, то в эпилимнионе на какой-то момент концентрация О2 может резко снизиться, что иногда приводит к заморам и в верхнем слое водоема.

Все озера можно разделить на голомиктические, где перемешивание воды в течение всего летнего сезона идет до дна, димиктические и меромиктические, где летом устанавливается температурная стратификация (Горленко, Дубинина, Кузнецов, 1977).

В таких озерах аэробная зона в зависимости от трофности водоема начинает более или менее быстро сокращаться в своем объеме; в придонных

слоях, а иногда и во всей зоне гиполимнионе создается анаэробная обстановка.

Так, в олиготрофных водоемах аэробная зона сохраняется круглый год во всей водной массе, в мезотрофных – в придонных слоях кислород исчезает в конце лета и зимы, а пополняется в периоды весенней циркуляции. В эвтрофных озерах в зависимости от степени трофии кислород может исчезать в течение 2-3 недель после весенней и осенней циркуляций.

В водной среде значительная часть животных и бактерий населяет глубины, где света для существования фотосинтезирующих растений недостаточно и, следовательно, дышать им приходится за счет О₂, поступающего из вне (атмосферы и верхних слоев воды, где происходит фотосинтез растений). Из-за этого организмам часто приходится испытывать

острый дефицит кислорода. В связи с этим, для водных организмов кислород

является важнейшим фактором существования.

По отношению к кислороду водные организмы делятся на эври-и стеноксидные формы (эври-и стеноксибионты), способные соответственно жить в пределах широких и узких колебаний концентрации О₂.

К эврибионтам относятся рачки Cyclops strenuus, многие рачки рода Daphnia, черви Tubifex tubifex, моллюски Viviparus viviparus и ряд других организмов, живущих в условиях почти полного отсутствия или высокого содержания О₂. Все они являются обитателями зарослей прибрежно-водной растительности.

Водные растения в меньшей степени зависят от наличия кислорода, чем животные, так как сами являются его продуцентами. Однако, в некоторых водоемах при повышении температуры воды и разложении отмерших организмов наблюдается дефицит кислорода, что сказывается на жизнедеятельности, как животных, так и погруженных растений; на последних, в основном - опосредованно. Отсутствие кислорода приводит к изменению окислительно-восстановительного потенциала среды, концентрации водородных ионов, появлению сероводорода и метана. Все это неблагоприятно сказывается на физиологических процессах водных растений.

Углекислота. Обогащение природных вод углекислым газом происходит за счет его диффузии из атмосферы, в результате дыхания водных организмов, геохимических процессов (разрушения осадочных пород), поступления из различных соединений, в первую очередь - угольной кислоты.

Снижение концентрации углекислого газа в воде происходит в результате его потребления фотосинтезирующими организмами и связывания в соли угольной кислоты.

В водоемах концентрация СО₂ невелика. Так, при 0⁰С в 1 л чистой воды

может раствориться 0, 5 мл СО₂. С повышением температуры и солености растворимость СО₂ в воде снижается. Однако в природных условиях вода поглощает гораздо больше углекислоты, благодаря тому, что СО₂ связывается в карбонаты кальция или магния.

С увеличением глубины концентрация СО₂ повышается, особенно зимой,

когда ледяной покров препятствует его выходу в атмосферу. К примеру, в гиполимнионе озер концентрация свободной углекислоты достигает 10-20 мг/л. В эпилимнионе во время цветения водорослей она может почти полностью потребляется. При этом рН смещается в щелочную сторону. Такие резкие изменения концентрации СО₂ в толще водоемов в основном обусловлены биологическими процессами.

Когда двуокись углерода (СО₂) растворяется в воде, она частично реагирует с водой, образуя угольную кислоту, причем равновесие сильно

сдвинуто влево:

                          СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃

Угольная кислота диссоциирует, образуя ион (Н+) и гидрокарбонатный

(НСО³-):

                            Н₂СО3 ↔ НСО^3- + Н+

Гидрокарбонатный ион может потерять ион Н+ и становится 2- карбонатным ионом (СО₃ ):

                            НСО₃^- ↔ СО₃^2- + Н+

Относительные концентрации Н₂СО³, НСО^3- и СО₃^2- зависят от концентрации водородных ионов (Н+) в растворе. При низких значениях рН = 4-6, наблюдается высокая относительная концентрация Н₂СО³; при высоких (рН 9-11) – преобладает СО₃^2-, а при средних (рН 6-9) – бикарбонаты (НСО^3-).

Ионы НСО₃- и СО₃^2-, реагируя с ионами различных элементов, образуют

соли, из которых в природных водах наибольшее значение имеют карбонаты

кальция и карбонаты магния.

Так как растворимость СаСО3 не очень высокая, то уже при небольших концентрациях ионов Са2+ и СО32- эта соль выпадает в осадок. Это имеет место в щелочной среде, когда количество ионов СО32- становится выше некоторого критического.

Когда вода подкисляется и количество ионов СО32-, образующихся за счет диссоциации угольной кислоты понижается, она начинает поступать в

воду в результате растворения монокарбонатов.

Если реакция воды остается кислой, ионы СО₃^2- превращаются в ионы НСО₃^- (происходит связывание ионов Н+ и повышение рН), а дефицит первых покрывается образованием дополнительных количеств за счет дальнейшего растворения монокарбонатов.

Процесс растворения монокарбонатов будет идти до тех пор, пока не истощится их запас или не повысится рН среды, подщелачивающейся в результате растворения монокарбонатов.

Обратная картина будет наблюдаться в щелочной среде: в результате повышения концентрации ионов СО₃2- (соответствующая диссоциация Н2СО3)

они, соединяясь с ионами Са2+, образуют осадок СаСО3 и одновременно среда подкисляется (накапливаются ионы Н+).

Таким образом, в природных водах создается буферная система,

предупреждающая заметное изменение рН среды, пока в ней содержатся

карбонаты и есть контакт с СО2 атмосферы (Константинов, 1979).

Данная система подвижного равновесия имеет схему:

СО2 воздуха ↔ СО2 воды ↔ Н2СО3 ↔ Са(НСО3)2 ↔ СаСО3 (растворен в воде)

↔ СаСО3 (в осадке).

Огромное влияние на содержание свободной углекислоты оказывает фотосинтетическая деятельность водных растений. В летний период при интенсивном фотосинтезе СО₂ может полностью исчезать из воды. Активная реакция среды при этом смещается в щелочную сторону.

Высшая водная растительность, активно потребляя углекислый газ, способствует осаждению известковых солей на своей поверхности, образуя известковые корочки. В процессе фотосинтеза растения могут высоко поднимать активную реакцию среды. Это связано с тем, что снабжение углекислотой растений возможно только посредством утилизации бикарбонатов, поскольку с повышением рН свободная углекислота связывается в углекислые соли. Водные растения поглощают растворимый бикарбонат, выделяя на своей поверхности эквивалентное количество Са(ОН)₂.

Выпадение кальция из раствора в результате фотосинтеза получило название биогенной декальцинацией. Основными образователями извести в водоемах нашей страны являются рдесты, роголистник, телорез, уруть, элодея, кувшинки, харовые водоросли и другие погруженные растения. Растения при фотосинтезе (в пересчете на 100 кг сухой массы) в течение 10 ч осаждают на своей поверхности до 2 кг извести (Воронихин, 1953; Кокин, 1982). Так, в ряде озер Псковской области в зоне произрастания харовых водорослей содержание кальция достигало 32-37% сухой массы грунта, в озерах Тульской области – 52%. По мере удаления от зарослей этих водорослей количество извести резко падает (Абрамов, 1956; Николаев, 2003). Осаждение кальция на поверхности растений препятствует их росту (Потапов, 1956).

В то же время ряд растений не обладают способностью использовать в больших количествах бикарбонат в качестве источника углерода (рдест плавающий, кубышка, пузырчатка). Такие виды не очень сильно подщелачивают воду и не откладывают кальций на своей поверхности. Они обитают в слабокислых водах, где углекислота имеется в достаточном количестве.

Метан (СН₄) или же болотный газ образуется за счет бактериального разложения клетчатки и других органических веществ в толще воды и грунтах пресных водоемов, реже в морях (в основном в анаэробных условиях). Метан является важным звеном в круговороте углерода в водных экосистемах. Так, около половины органического углерода, поступающего в донные отложения, выделяется затем в форме метана. Обычно его объем составляет около 30-50% от всех газов, выделяемых донными отложениями. Скорость образования метана зависит главным образом от количества разлагаемого субстрата и температуры среды. Его концентрация достигает 6-10 мл/л. Особенно много метана выделяют грунты прудов и озер с высоким содержанием органических веществ и повышенной температурой воды. Так, в водоемах-охладителях тепловых и атомных электростанций выделяется до 300 мл СН₄ на 1 м² в сутки. Нередко видно, как пузырьки метана поднимаются к поверхности воды. Особенно это хорошо заметно на болотах, из-за чего этот газ называют болотным.

Часть образующегося в водоемах метана поступает в атмосферу, часть окисляется микроорганизмами до Н₂СО₃. Количество метанокисляющих бактерий (в основном Pseudomonas) в толще воды достигает сотен клеток в 1

мл воды, а в грунтах – сотен тысяч в одном грамме. Эти бактерии могут использовать СН₄ даже в очень малых концентрациях, препятствуя его накоплению в толще воды. Для других организмов метан ядовит.

Высшие водные растения с хорошо развитой корневой системой способствует выносу метана в атмосферу. Установлено, что около 75%, выносимого из литорали озер СН₄, удаляется водными растениями (Decey, Klug, 1979).

Метан образуется не только на дне водоемов и болотах, но и в отстойниках очистных сооружений. Человек уже давно научился его использовать, трансформируя органические отходы в биогаз (смесь метана и

углекислоты). Содержание метана в биогазе варьирует от 50 до 85% и определяется составом сбраживаемой массы. Так, при распаде жироподобных веществ образуется больше биогаза, причем содержание в нем метана достигает 70%; при сбраживании углеводоподобных соединений доля метана уменьшается до 50%. Присутствие углекислоты снижает теплотворную способность биогаза.

Биогаз получали уже в девятнадцатом столетии, и в принципе

существенных изменений в технологии за все это время не произошло. Процесс получения биогаза отличается простотой оборудования и доступностью сырья. Он обладает двумя важными преимуществами: во-первых, происходит образование газа, который используется в качестве источника энергии. Во-вторых, оставшийся шлам (отходы после получения газа) является хорошим удобрением длительного действия.

Технология получения биогаза настолько проста, что во многих странах,

расположенных в теплом поясе (в частности, Китае и Индии), ее применение

приобрело массовый характер. В Китае в сельской местности действует около 15 миллионов дешевых и простых установок вместимостью 10-15 л,

достаточных для удовлетворения энергетических потребностей семьи из

нескольких человек. В Индии функционирует несколько миллионов таких

установок. В качестве сырья используется навоз и растительные отходы. В

среднем 1 кг навоза крупного рогатого скота позволяет получать около 200 л

биогаза, навоза свиней – 300 л, птичьего помета – 400 л.

Сбраживание органического субстрата осуществляется в специальных

бродильных камерах (метантенках). Твердые органические отходы

предварительно должны быть смочены водой (влажность около 95%).

Метантенки представляют собой герметичные сосуды в форме куба или

цилиндра. В них помещают сырье, содержащее 2-12% органического вещества,

и герметично закрывают, так как образование биогаза осуществляется в

анаэробных условиях.

В процессе сбраживания выделяют две фазы: вначале микроорганизмы,

используя органическое вещество, потребляют кислород и создают

анаэробные условия. При этом в среде накапливаются органические кислоты,

водород и углекислота. Вторая стадия приводит к образованию метана.

Метановое брожение осуществляется при 30-40о (мезофильный процесс) или

50-60 о (термофильный процесс). Последний является наиболее быстрым и

эффективным.

В индивидуальных хозяйствах используют метантенки объемом около 1

 3 м. Промышленные установки достигают объема несколько тысяч кубических метров. Изготавливают их из металла или железобетона. Метантенки снабжены мешалками для перемешивания бродящей массы, что ускоряет процесс образования метана и поддерживает необходимую температуру внутри реактора. Образующиеся газы удаляются через трубку,

расположенную в верхней части метантенка.

Скорость процесса определяется температурой ферментации (в

термофильных условиях она в 2-3 раза выше, чем в мезофильных), химическим

составом сырья, его вязкостью, количеством бактерий и степенью

перемешивания. Важным моментом является скорость поступления сырья в

реактор или время нахождения в нем.

Чем интенсивнее процесс брожения, тем должна быть выше скорость

загрузки сырья в реактор и рентабельнее само производство биогаза.

Интенсивно работающий метантенк необходимо перезагружать один раз в 5-

14 суток, а в среднем - через 10-20 дней. Необходимо иметь в виду, что

твердые отходы сельскохозяйственного производства (животноводства и

растениеводства) сбраживаются медленнее, чем отходы пищевой

промышленности.

На интенсивность газообразования большое значение оказывает

перемешивание и температурный режим. Это связано с тем, что в процессе

метанового брожения биогенное разогревание невелико. Поэтому в условиях

средней полосы России приходится максимально экономить тепло:

метантенки хорошо термоизолируют и немного подогревают. В противном

случае значительную часть производимого метана пришлось бы использовать

на обогрев самого метантенка. Это является одной из причин, из-за чего

метантенки в домашнем хозяйстве привились, прежде всего, в тропических

областях, где температура воздуха довольно высока.

При существующих ценах на газ производство биогаза вряд ли оправдано, однако в общей системе мероприятий по переработке жидких отходов животноводческих ферм с получением газа и удобрений представляется перспективным.

Сероводород (Н₂S) образуется в водоемах при гниении белков и восстановлении сульфатов микроорганизмами. Сероводород даже в самых малых концентрациях вреден для организмов. Кроме того, снижая концентрацию кислорода, идущего на окисление S2- до S, он косвенно отрицательно влияет на их жизнедеятельность.

В морских водоемах в образовании сероводорода принимают участие десульфирующие бактерии, восстанавливающие сульфаты воды. Развитию

этих бактерий способствуют пониженное содержание О₂, застойные зоны на

больших глубинах, присутствие в значительных количествах сульфатов. Количество Н₂S, образованного десульфирующими бактериями (главным образом, Desulfovibrio), может быть довольно высоким. Например, в Черном

море вся толща воды за исключением тонкого поверхностного слоя (0-200 м)

содержит большое количество сероводорода (до 6 мг/л), поэтому единственными обитателями зараженной зоны являются микроорганизмы.

В пресных водоемах содержание сульфатов невелико. В связи с этим, образование Н₂S за счет жизнедеятельности десульфирующих бактерий наблюдается крайне редко и обычно связано с загрязнением водоемов стоками, содержащими сульфаты.

В пресных водоемах сероводород выделяют гнилостные бактерии, поскольку именно здесь на дне скапливается разлагающиеся белковые вещества. Значительные количества сероводорода (до 790 мг/л) отмечены на дне водоемов во время их стагнации (Константинов, 1979).

Освобождение воды от сероводорода осуществляется за счет химического окисления до сульфата и тиосульфата в присутствии кислорода и за счет жизнедеятельности бактерий, главным образом серных.

Абиогенное окисление Н₂S осуществляется в поверхностных слоях воды,

где всегда имеется достаточное количество кислорода. Биологическим путем

окисляется около трети S2-, в основном на границе сероводородной зоны, так

как на больших глубинах деятельность серных бактерий подавляется.

Помимо серных бактерий сероводород окисляют фотосинтезирующие пурпурные и некоторые зеленые бактерии, использующие сероводород в качестве донатора водорода (Константинов, 1979).

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: