13.2. Розкладання органічних речовин та формування якості води

Кисень водних екосистем відіграє виключно важливу роль у процесах розкладання розчинених органічних речовин, відмерлих рослин і тварин, при яких складні органічні речовини перетворюються на прості (СО₂, вода, азот) і знову включаються в кругообіг речовин у гідросфері. У воді можуть утворюватись сполуки кисню з іншими хімічними елементами. Більшість таких сполук (оксидів) прямо або опосередковано взаємодіє з водою, утворюючи гідрооксиди, які належать до різних класів неорганічних сполук. Частина з них має кислу реакцію, інші — лужну, і є певна група нейтральних сполук.

У формуванні якості води найбільшу роль відіграють процеси, пов'язані з розкладом органічних речовин. Як в океанічних (морських), так і в континентальних водах постійно міститься значна кількість розчинених органічних речовин - білків, амінокислот, гумінових кислот, вуглеводів, вітамінів та інших сполук, які потрапляють у воду після розкладу відмерлих організмів, а також надходять у водойми з водозбірної площі. В океанічних водах загальна кількість розчинених органічних речовин значно перевищує їх кількість, зосереджену в живих організмах океану. Вважається, що в Світовому океані на розчинену органічну речовину припадає близько 90—98 %, і лише 2—10 % - на органічні речовини живих організмів та детрит. Згідно з розрахунками, загальна кількість розчинених органічних речовин становить 2*10¹² т С, а середня концентрація вуглецю у воді — 5—6 мг/дм³.

У континентальних водоймах вміст розчинених органічних речовин також перевищує її кількість у живих організмах. Так, у дніпровських водосховищах після стабілізації їх гідрохімічного режиму концентрація органічних речовин становила: в Київському — 5,2—18,2, в Кременчуцькому — 7,5— 19,6, а в Каховському — 7,5—19,2 мг С/дм³. Ці цифри дають лише загальне уявлення про вміст органічних речовин у водосховищах. У залежності від сезону року, інтенсивності розвитку фітопланктону та його відмирання, скидання стічних вод комунально-побутових та промислових підприємств і сільського господарства вони можуть істотно змінюватись.

У водоймах постійно протікають процеси біохімічного (біологічного) розкладання розчинених у воді органічних речовин, в яких використовується значна кількість кисню. На цьому базуються методи визначення концентрації органічних речовин у воді. В їх основу покладено визначення кількості кисню, що витрачається на окиснення органічної речовини перманганатом калію (перманганатна окиснюваність), або дихроматом калію (дихроматна окиснюваність). Перманганатна окиснюваність відображає, в основному, кількісні показники легко окиснюваних органічних речовин а також, частково, гумусних сполук. Дихроматом окиснюються як легко-, так і важкоокис-нювані органічні речовини. Зіставлення цих методів дає уявлення про якісний склад органічних речовин у природних водах.

Як свідчать багаторічні спостереження за формуванням якості води дніпровських водосховищ, величина дихроматної окиснюваності в них коливається в діапазоні 14,2—67,1, а перманганатної — 5,0—24,6 мг О₂/дм³. У гірських водотоках концентрація органічних речовин дещо менша. Так, у верхній течії Дністра концентрація хімічно стійких органічних речовин не перевищує 6,4—15,4 мг О₂/дм³ (дихроматна окиснюваність). У середній течії граничні коливання більші (7,7— 21,6 мг О₂/дм³).

Розклад органічних речовин у водних екосистемах постійно відбувається за участю бактерій. Цей процес визначає біологічне (біохімічне) споживання кисню (БСК). Розклад білків у воді і донних відкладеннях розглядається як процес, пов'язаний з діяльністю бактерій та їх протеолітичних ферментів. При гідролізі білків утворюються більш прості молекули пептидів та амінокислот, які надалі зазнають бактеріального (бактерії амоніфікатори) розкладу шляхом дезамінування або декарбоксилювання. Аміак, що при цьому утворюється, окиснються бактеріями Nitrosomonas до нітритів, а далі бактеріями Nitrobacter до нітратів (цикл Виноградського). На цьому завершується процес біологічного окиснення органічних речовин.

Визначаючи кількість кисню, спожитого бактеріями на окиснення органічних речовин в одиниці об'єму води протягом певного часу, звичайно за 5 діб, при температурі 20 °С, можна встановити швидкість розкладу (деструкції) органічних речовин у воді - біохімічне споживання кисню, або БСК5. Вміст органічних речовин у воді оцінюється за показником БСК_повн, яке звичайно завершується за 20 діб. Бактеріальна деструкція органічної речовини залежить від концентрації розчиненого кисню, її перебіг нормальний при концентрації 8 мг О₂ /дм³ і більше. При концентрації 6 мг О₂ /дм3 швидкість розкладу знижується на 10 %, при 4 — на 25 %, а при 2 мг О₂/дм3 становить всього 40 % від швидкості при 8 мг О₂ /дм³. Перманганатна і дихроматна окиснюваність та БСК є важливими показниками якості води та екологічного стану водних об'єктів.