Самоочищение рек

Протекая через густонаселенные центры, реки вступают как бы в роль естественного дренажа речных долин, подвергаясь более или менее сильному загрязнению. Источники этого загрязнения зависят главным образом от более или менее развитой в данном районе фабрично-заводской промышленности. Отбросы с боен, помои с заводов пивоваренных, шерстяных, кожевенных, писчебумажных и др. наряду с громадным количеством гнилостных микроорганизмов, снабжают проточные воды весьма значительным количеством органических азотсодержащих веществ как в взвешенном виде, так и в состоянии раствора. Другие заводы, напр. газовые, каменноугольные, приготовляющие соду, хлористый кальций и др., вносят в реки, по берегам которых они расположены, главным образом минеральные соли в весьма значительном количестве. Красильные фабрики загрязняют речную воду остатками разнообразных красок. Колоссальное загрязнение происходит при малоудовлетворительных способах ассенизации со спуском нечистот в воду. Весьма жалкий вид представляют русские реки весной, во время таяния снегов, и осенью, во время обильных ливней, смывающих с дворов, площадей и улиц громадное количество нечистот, по составу своему мало отличающихся от клоачной жидкости (Коцын).

Река, однако, всегда обнаруживает стремление освободиться от посторонних примесей, так что при благоприятствующих тому условиях река на большем или меньшем расстоянии от источников загрязнения снова приобретает первоначальную свою чистоту. — Существенным условием этого С. является разбавление нечистот обильным количеством чистой речной воды. Если количество поступающих в реку отбросов незначительно в сравнении с объемом воды в реке, то, распространяясь в массе воды, они становятся не заметными ни для наших органов чувств, ни для наших химико-бактериологических реактивов. Так, количество протекающей через Эльбу воды (в среднем 1606000 куб. мет. в час) настолько перевешивает количество воспринимаемых ею у Дрездена нечистот (643 куб. м в час), что непосредственно ниже города состав речной воды не отличается существенно от состава ее выше города. Изар, принимающий в себя все нечистоты и фабричные помои г. Мюнхена, представляется в черте города загрязненным в весьма сильной степени. Однако благодаря многоводию (количество расходуемой воды колеблется от 41,5 до 1500 куб. м в секунду) и быстроте течения (1,5 метра в секунду) р. Изар не обнаруживает на расстоянии 30 килом. от Мюнхена, при гор. Фрейзинге, каких-либо следов загрязнения. При неблагоприятных отношениях между количеством протекающей в реке воды и количеством поступающих в нее нечистот реки могут, наоборот, на весьма большом протяжении превратиться в мутные, отвратительные потоки. Это раньше всего обнаружилось в Англии, где при густоте населения и большом числе фабрик и заводов реки маловодны, с ничтожным падением и малой скоростью течения. По словам комиссии, назначенной в 60-х годах для изучения засорения английских рек, в Англии нет реки, достаточно длинной, чтобы вода в ней путем С. могла бы снова восстановить первоначальный свой состав. Сказанное справедливо также по отношению к некоторым континентальным рекам, напр. к Сене под Парижем, которая в 80-х годах вследствие громадного количества получавшихся ею нечистот, далеко не соответствовавших ограниченному количеству расходуемой ею воды, приобретала первоначальную свою чистоту лишь на расстоянии 110 килом. от устья парижских коллекторов.

Оседание взвешенных в воде веществ составляет второй существенный фактор С. рек. Нерастворимые, механически взвешенные в грязных водах вещества более или менее быстро, в зависимости от своей плотности, оседают на дне или на берегах реки, увлекая с собой также и неподвижные микроорганизмы, а равно и стойкие формы подвижных и неподвижных микробов. Из анализов вышеупомянутой английской комиссии видно, что р. Ирвэль, Мерси и Дарьен теряют в своем течении на расстоянии 11—13 английских миль около 12—55 % взвешенных веществ. Бактериологические исследования речных вод ясно иллюстрируют также постепенное уменьшение количества микроорганизмов по мере удаления от источников загрязнения. Оседанию подвергаются также и растворенные составные части грязных вод при наличности в них элементов, способных к химическому взаимодействию. Так, при одновременном поступлении в речную воду экскрементов и фабричных помоев содержащиеся в последних металлы связываются сероводородом, выпадая на дно реки в виде сернокислых соединений. Два близко лежащих завода, из которых один спускает в реку сернокислое железо, а другой дубильную кислоту, хотя на время и превратит реку в чернила, но при дальнейшем течении реки образовавшееся дубильнокислое железо выпадет на дно реки. То или другое распределение осадков на дне реки, что в санитарном отношении чрезвычайно важно, существенно зависит от быстроты течения. В быстротекущих реках взвешенные вещества уносятся далеко, распределяясь на значительном протяжении, благодаря чему в них легко происходят немаловажные для С. процессы окисления и ассимиляции водными растительными организмами (см. ниже). Наоборот, чем медленнее течение реки и чем более извилисты ее берега, тем большими массами скопляются взвешенные вещества, выделяясь на дно реки в виде богатого органическими веществами илистого осадка вышиной нередко в несколько метров. Рельефным примером могла служить в свое время р. Сена под Парижем с ее громадными гниющими отмелями, доходившими до Марли и в значительной степени изменявшими и самое русло реки. Для очистки ложа Сены в 1884 году извлечено было 125000 куб. метр. этих гниющих масс, что потребовало от города расход в 110000 франков. От недостатка кислорода в подобном иле происходят процессы гнилостного разложения, сопровождающиеся выделением в воздух зловонных и вредных для здоровья газов (сероводорода, болотного газа, окиси углерода и др.), что особенно сказывается в летнее и сухое время года при спадении вод и обнажении речного дна. В иле, добытом в Женевском озере, на глубине 40—50 метр. найдены четыре патогенных микроорганизма, причем один из них оказался вирулентным. Из сказанного видно, что медленно текущие реки и озера хотя довольно быстро освобождаются посредством оседания от поступивших в них отбросов, но это С. нередко бывает только кажущимся. Систематические исследования речной воды в различных местах ее течения ясно иллюстрируют значение третьего фактора в деле С., а именно значение окисления загрязняющих воду органических веществ растворенным в воде кислородом при содействии населяющих воду микроорганизмов и различного рода водорослей. Чистая речная вода, взятая выше города, наряду с весьма малым содержанием взвешенных веществ, бактерий и хлора, отсутствием аммиака, азотной и азотистой кислот и азотсодержащих органических веществ, содержит всегда кислород в количестве (9—11 мгрм.), близко соответствующем растворимости этого газа сообразно температуре и парциальному давлению. Во время протекания через города речная вода все более и более обогащается упомянутыми указателями загрязнения, соответственно с чем в ней постепенно убывает содержание растворенного кислорода, расходующегося на окисление органических веществ. Так, вода р. Сены, Москвы-реки и др. содержит в черте города лишь 4—5 мгрм. кислорода, непосредственно же у отверстий сточных труб последний временами совершенно не открывается в воде. При дальнейшем течении, исподволь очищаясь от поступивших нечистот, речная вода постепенно вновь приобретает первоначальное содержание кислорода. Роль кислорода в деле сгорания органических веществ и перехода их в безвредные в санитарном отношении минеральные соединения хорошо сказывается также при изучении химических процессов окисления, совершающихся в более или менее загрязненной воде, предоставленной самой себе в закрытом сосуде, без доступа атмосферного воздуха. При таких условиях опыта, по Семенскому, в речной и прудовой воде от растворенного в воде кислорода остается через неделю только половина, а через две недели — 1/5 первоначального количества его; от легкоокисляемых органических веществ остается через две недели половина. В то же время рядом с небольшим нарастанием количества свободной и полусвязанной угольной кислоты содержание азотной кислоты становится через неделю в три раза больше первоначального ее количества. По А. Леви, если количество исчезающего в воде кислорода (с) при стоянии воды в течение 2 суток при 33° отнести к первоначальному содержанию кислорода в воде (а), то полученная величина с/а — так назыв. "коэффициент изменяемости кислорода" — может служить одним из хороших критериев при санитарной оценке воды. По Коцыну, в воде Москвы-реки, взятой выше города, рядом с сравнительно небольшим содержанием органических веществ и бактерий коэффициент изменяемости кислорода равняется 0,19—0,20; в воде же, взятой в пределах города — 0,42; в сильно загрязненной воде р. Яузы этот коэффициент равен 0,89; у Ганешинской фабрики найдено у берега 1,00 (т. е. весь кислород в течение 2 суток исчез из воды), такая же величина найдена в сточной воде Неглинной речки. В своих опытах с насыщенной кислородом водой, к которой прибавлялись органические вещества различного происхождения, Покровская нашла, что под влиянием кислорода особенно легко разрушаются находящиеся в состоянии разложения азотсодержащие органические вещества животного происхождения. Принимая, однако, во внимание, что в стерилизованной воде окислительные процессы не имеют места (Al. Müller, Emich, Salkowsky и др.), нужно думать, что в деле С. растворенный в воде кислород играет хотя и весьма важную, но лишь пассивную роль, расходуясь на физиологические нужды окисляющих микроорганизмов. По аналогии с ооответственными микробами, принимающими весьма деятельное участие в С. почвы, можно принять, что одни из живущих в воде бактерий переводят аммиак в азотистую кислоту, а другие окисляют азотистую кислоту в азотную, последняя же ассимилируется водными растениями в качестве строительного материала для синтеза белковых соединений (Виноградский). Важное значение некоторых других водных микроорганизмов, а именно различного рода нитчатых бактерий (Beggiatoa alba, В. roseoporsicina, Cladothrix dichotoma и др.) видно из того, что, нуждаясь в достаточном количестве органических веществ, они выстилают большими массами дно и берега рек в тех местах их течения, в которых не произошло еще самоочищения (Pfeiffer и Eisenlohr). Первостепенное значение при С. школа Петтенкофера приписывает различного рода водорослям (Spirogyra, Lygnema, Vaucheria, Diatoma, Oscillaria, и др.). Эти организмы жадно ассимилируют из воды минеральные соединения: в золе живущих в реках водорослей находят фосфорную кислоту, несмотря на очень малое ее содержание в воде; зола же морских водорослей впервые указала на присутствие в морской воде брома и йода. — Несмотря на содержание хлорофилла, водоросли при подходящих условиях охотно пользуются для питания готовым органическим материалом. В опытах Бокорного (Bokorny) 10 гр. Spirogyra разложили в течение 10 дней 168 мгрм. глицерина. Прекрасной питательной средой для водорослей служат именно те органические соединения (каковы лейцин, тирозин, гликоколь, аспарагиновая кислота, мочевина и др.), которые производятся животным организмом, выделяясь с его твердыми и жидкими извержениями (Löw, Bokorny и др.).

С практической стороны весьма важно по возможности точно определить предел насыщения реки грязными водами, при котором разложение органических веществ шло бы в направлении окисления с образованием безвредных в санитарном отношении минеральных соединений. Петтенкофер определяет отношение между количеством отбросов и количеством расходуемой рекой воды как 1:15, требуя при этом на каждого жителя 2—3 куб. метра протекающей воды в сутки. Флек при скорости 1 метра в секунду требует 8,6 куб. м речной воды в сутки на человека, а при скорости 0,5 м — двойное количество. Из сказанного следует, что спуск клоачной жидкости и фабричных помоев в медленно текущие, маловодные реки может быть разрешаем лишь после предварительного обезвреживанья этих вод тем или другим способом (осветлением, фильтрацией, орошением полей и др.). В Англии по закону (Rivers Pollution Prevention Act 1886 г.) допускаются к стоку в реки, вода которых употребляется для снабжения городов и сел: 1) жидкость, которая на 100000 частей содержит не более 3 ч. сухих минеральных веществ или не более 1 ч. сухих органических веществ; 2) жидк., в 100000 ч. которой содержится в растворе не более 2 ч. органического углерода или 1/3 ч. азота; 3) жидк., в 100000 ч. которой содержится в растворе не более 2 ч. какого-либо металла, за исключением кальция, магнезии, калия и натрия; 4) жидк., которая в 100000 ч. содержит не более 0,05 ч. металлического мышьяка, будет ли он в растворе или во взвешенном состоянии, в химическом или в другом каком-либо соединении; 5) жидк., которая при окислении серной кислотой содержит на 100000 ч. не более 1 ч. свободного хлора; 6) жидк., в 100000 ч. которой содержится не более 1 ч. серы, будь это в форме сероводорода или в форме растворимых сульфатов; 7) жидк., содержащая столько кислоты или эквивалентного количества щелочи, что они соответствуют не более 2 ч. соляной кислоты или сухого едкого натра на 100000 ч. дистиллированной воды; 8) жидк., не имеющая на своей поверхности слоя петролеума или других маслянистых углеводородов или которая на 100000 ч. воды содержит в взвешенном состоянии не более 0,05 ч. таких масл.

Литература. J. König, "Die Verunreinigung der Gewässer, deren schädliche Folgen ect."; Jurisch, "Die Verunreinigung der Gewässer" (Берл., 1890); Fleck, "XII und XIII Jahresber. der K. chemischen Centralstelle für öffentl. Gesundheitspflege zu Dresden"; Brunner und Emmerich, "Die chemischen Veränderungen des Isarwassers etc. ("Zeitschr. für Biologie", т. XIV, 1878); Prausnitz, "Hygien. Tagesfragen" (Heft 9); Girard et Bordas, "La Seine de Corbeil à Rouen" ("Ann. d'hygiène publ." 1893); A. Léwy, "Annuaire de l'Observatoire munic. de Paris" (1885—1899); Коцын, "Опыт систематических наблюдений над колебанием хим. и бактер. состава воды Москвы-реки за 1887—88 гг." (диссерт.); Семенский, "О гигиеническом значении раствор. в воде кислорода" (диссерт., Варшава, 1888); Покровская, "Кислород, растворенный в воде" ("Врач", 1890, № 1); О. Löw, "Zur Frage der Selbstreinigung der Flüsse" ("Arch. für Hyg.", т. XII, 1891); Th. Bokorny, "Ueber die Betheiligung chlorophylführender Pflanzen an der Selbstrinigung der Flüsse" ("Arch. für Hyg.", т. XX, 1894); Ф. Ф. Эрисман, "Курс гигиены"; Weyl, "Handbuch der Hygiene" (вып. 33, 1897).

М. Б. Коцын.