Содержание

Какая вода щелочная

Для начала, давайте разберемся, какая вода щелочная. Это минеральная вода, которая относится к гидрокарбонатной группе воды, полученной из натуральных источников. В них постоянный состав минеральных солей и других компонентов. Кислотность воды превышает 7. Благодаря богатому гидрокарбонатному составу, такая минеральная вода стабилизирует работу кишечника.

Какая минеральная вода щелочная? Щелочной вода называется условно из-за преобладания в ней гидрокарбонатных ионов, натрия, калия, магния и других минералов. Именно поэтому ее и называют щелочной, а ее полезные свойства используют для лечения таких заболеваний кишечника как гастриты, язвенная болезнь, панкреатиты, подагра, колиты и многие другие. Какую щелочную воду пить при этих заболеваниях, должен порекомендовать доктор. Несмотря на все полезные и лечебные свойства, минеральная вода при бесконтрольном употреблении может нанести вред организму.

Щелочные минеральные воды полезно употреблять людям, ведущим активный образ жизни. Минералы и микроэлементы, содержащиеся в воде, проникают в клетки организма. Там они улучшают процесс обмена веществ и метаболизм, стабилизируют водный баланс, выводят ионы водорода из организма.

/ Польза от употребления минеральных щелочных вод охватывает широкий спектр проблем со здоровьем. Это и избавление от изжоги, и выведение слизи из желудка, и выведение шлаков и токсинов. Но для достижения желаемого эффекта следует соблюдать правила употребления минеральной воды. Самой полезной считается минеральная вода, которую пьют непосредственно из источника. Но и бутилированная вода обладает теми же свойствами.

В профилактических целях минеральную воду стоит выпивать за полчаса до еды. При гастритах и язвенной болезни – после еды. Если же вырабатывается чрезмерное количество желудочного сока, то воду рекомендуют пить во время еды. Оптимальная температура воды – комнатная либо немного подогретая. Это связанно с особенностями нашего организма, а точнее с выработкой желудочного сока. Пейте воду не спеша и маленькими глотками.

Противопоказания для приема щелочной минеральной воды – это мочекаменная болезнь, проблемы с мочевыводящими путями, пиелонефрит, почечная недостаточность и другие заболевания. Если у вас есть сомнения, то прежде чем начинать пить щелочную минеральную воду, проконсультируйтесь с врачом.

Не стоит переоценивать лечебные свойства щелочных минеральных вод. Как ни крути, но она не заменяет серьезного лечения. А вот ее полезные качества окажут поддержку организму во время лечения желудочных и других болезней, повысят эффективность прописанных медикаментов.


Какая минеральная вода щелочная и что это значит

Минеральные воды – весьма востребованные. Они бывают, как обычные столовые, так и лечебные. Но еще у них есть особая классификация в зависимости от состава. В частности, многих интересует, какая минеральная вода щелочная и почему. В этой статье мы постараемся ответить на данный вопрос, а также рассказать, в каких случаях ее рекомендуется употреблять.

Какая минеральная вода является щелочной

Итак, какая минеральная вода является щелочной – та, что относится к гидрокарбонатной группе. У такой воды постоянный минеральный состав, а кислотность  превышает показателя 7 рН. Кроме того, слово «щелочная» указывает на то, что в воде преобладают такие вещества, как:

  • магнезия;
  • натрий;
  • ионы гидрокарбонатов.

Именно по количеству данных веществ специалисты и определяют то, как именно вода влияет на организм и какие заболевания они лечит.

Рекомендации по приему щелочной минеральной воды

Если вас беспокоит вопрос, какую минеральную воду пить при гастрите, можете смело покупать именно щелочную. Помимо гастритов такая вода также рекомендована при лечении и профилактике таких заболевания и недугов, как:

  • дискинезией желчевыводящих путей;
  • подагра;
  • язва;
  • панкреатит;
  • колит;
  • сахарный диабет, но только тем больным, которые не являются инсулинозависимыми.

Также такая вода хорошо подходит при борьбе с ожирением, помогает при лечении инфекционных недугов. Из щелочной минеральной воды рекомендуется готовить растворы для ингаляций. Узнать, какая именно минеральная вода перед вами – можно по этикетке. Производители указывают следующую информацию:

  • тип воды;
  • количество минералов;
  • источник, из которого ее набирали.

Если говорить о конкретных видах щелочной минеральной воды, производимой в Украине, то это «Лужанская», «Поляна Квасов» и «Свалява».

Правила употребления щелочной минеральной воды

При профилактике всех перечисленных заболеваний необходимо принимать по стакану воды примерно за 30 минут до еды. При диагностированных язвенной болезни или гастрите воду пьется после еды. Но тут есть важная оговорка – если гастрит характеризуется пониженной кислотностью, то воду нужно пить за 60-ть минут до приема пищи. Если гастрит гиперацидный, то из воды предварительно нужно устранить углекислый газ – просто размешайте ее ложечкой и подождите, пока он улетучится.

В завершение

Щелочная минеральная вода хороший выбор, как для профилактики, так и для лечения перечисленных выше заболеваний. Однако нужно помнить, что лечебную воду данного типа можно употреблять только по назначению врача и строго в указанных объемах. Если же вы просто хотите пить воду с нормальным уровнем минерализации для поддержания организма, рекомендуем установить дома фильтр обратного осмоса с минерализующим картриджем. Такая система очистки будет удалять из воды негативные примеси и насыщать ее полезными микроэлементами. Любой минерализатор привнесет в воду нужные микроэлементы.

Купить фильтр обратного осмоса вы сможете на сайте компании Filter.ua. В каталоге представлена продукция известных производителей — Mineral Plus, Ecosoft, Leader, Aqualine, Raifil и других. Консультанты компании помогут выбрать фильтр и обеспечат ее доставку в любой регион Украины. Современные фильтры воды для дома отличаются высокой производительностью!

Врач рассказала, чем опасна минеральная вода

https://ria.ru/20200119/1563605341.html

Врач рассказала, чем опасна минеральная вода

Врач рассказала, чем опасна минеральная вода — РИА Новости, 19.01.2020

Врач рассказала, чем опасна минеральная вода

Минеральная вода может помочь в лечении некоторых заболеваний, но иногда она может навредить и даже стать причиной новых недугов. Об этом рассказала «Вечерней… РИА Новости, 19.01.2020

2020-01-19T17:56

2020-01-19T17:56

2020-01-19T17:56

общество

елена соломатина

здоровье

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn21.img.ria.ru/images/150474/82/1504748203_0:44:1501:888_1920x0_80_0_0_740bd9e74f8f3845cac6f7ac40f33947.jpg

МОСКВА, 19 янв — РИА Новости. Минеральная вода может помочь в лечении некоторых заболеваний, но иногда она может навредить и даже стать причиной новых недугов. Об этом рассказала «Вечерней Москве» врач-диетолог Елена Соломатина. Минеральные воды делятся на три типа: столовые, лечебные и лечебно-столовые. Все они отличаются по уровню концентрации солей, рассказала специалист. Кроме того, можно выделить кислые и щелочные воды. В них различаются водородные показатели — pH. «Воды имеют разную минерализацию. Например, у лечебных вод она сильная, содержание соли там около десяти граммов на литр. В лечебно-столовых — от трех до десяти граммов, а в столовой содержится не более трех граммов растворенной соли на один литр воды», — рассказала Соломатина. По ее словам, столовую воду можно пить в неограниченных количествах — до двух литров в сутки. «С ней можно заваривать чай, кофе и даже готовить пищу», — пояснила диетолог. Лечебную минералку следует пить исключительно по медицинским показаниям. Как правило, ее прописывают при болезнях кишечника, поджелудочной железы, печени, мочевых путей и подагре, рассказала врач. Она добавила, что щелочные воды, в которых показатель pH превышает семь моль на литр, применяются при повышенной кислотности. Их назначают при гастрите, язве и некоторых других болезнях. Соломатина предостерегла от употребления лечебной минералки без показаний врача. «Бездумное распитие воды с большим содержанием кальция может спровоцировать образование камней в почках», — предупредила врач.При чрезмерном употреблении такой воды можно получить осложнение в виде превышения содержания кальция в крови — гиперкальциемию. Она усиливает свертываемость крови, что приводит к образованию тромбов. Это может стать причиной инфарктов и инсультов, объяснила врач. «Кальций также может откладываться на створках сердца, что в дальнейшем приведет к аритмии», — добавила диетолог.

https://ria.ru/20200111/1563277584.html

https://ria.ru/20200103/1563099367.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn23.img.ria.ru/images/150474/82/1504748203_130:0:1370:930_1920x0_80_0_0_cee686c1406e506cdbdc008dcc08003e.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

общество, елена соломатина, здоровье

МОСКВА, 19 янв — РИА Новости. Минеральная вода может помочь в лечении некоторых заболеваний, но иногда она может навредить и даже стать причиной новых недугов. Об этом рассказала «Вечерней Москве» врач-диетолог Елена Соломатина.

Минеральные воды делятся на три типа: столовые, лечебные и лечебно-столовые. Все они отличаются по уровню концентрации солей, рассказала специалист. Кроме того, можно выделить кислые и щелочные воды. В них различаются водородные показатели — pH.

«Воды имеют разную минерализацию. Например, у лечебных вод она сильная, содержание соли там около десяти граммов на литр. В лечебно-столовых — от трех до десяти граммов, а в столовой содержится не более трех граммов растворенной соли на один литр воды», — рассказала Соломатина.

По ее словам, столовую воду можно пить в неограниченных количествах — до двух литров в сутки.

«С ней можно заваривать чай, кофе и даже готовить пищу», — пояснила диетолог.

11 января 2020, 01:47

Диетолог рассказала, кому противопоказан плавленый сыр

Лечебную минералку следует пить исключительно по медицинским показаниям. Как правило, ее прописывают при болезнях кишечника, поджелудочной железы, печени, мочевых путей и подагре, рассказала врач. Она добавила, что щелочные воды, в которых показатель pH превышает семь моль на литр, применяются при повышенной кислотности. Их назначают при гастрите, язве и некоторых других болезнях.

Соломатина предостерегла от употребления лечебной минералки без показаний врача.

«Бездумное распитие воды с большим содержанием кальция может спровоцировать образование камней в почках», — предупредила врач.

При чрезмерном употреблении такой воды можно получить осложнение в виде превышения содержания кальция в крови — гиперкальциемию. Она усиливает свертываемость крови, что приводит к образованию тромбов. Это может стать причиной инфарктов и инсультов, объяснила врач.

«Кальций также может откладываться на створках сердца, что в дальнейшем приведет к аритмии», — добавила диетолог.

3 января 2020, 20:01

Нарколог назвал безопасную дозу алкоголя

Виды минеральной воды. Щелочная минеральная вода, щелочные минеральные воды, лечебная минеральная вода. 🏆

Все о том, какими свойствами обладает щелочная вода и как ее получить – в данной статье

Виды минеральных вод

Все водные минеральные ресурсы разделяются на несколько видов. Различают гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные воды и т.д.. Существуют также биологически активные и газированные воды.

Для всех этих видов технология производства минеральной воды различна. Отличаются и способы их воздействия на организм человека. Так, гидрокарбонатная минеральная вода помогает стабилизировать секрецию желудочного сока. Наиболее высокой концентрацией химических элементов отличается лечебная минеральная вода, которую необходимо применять лишь по назначению врача.

Чем полезны щелочные минеральные воды?

Этот тип вод обладает противовоспалительным эффектом, хорошо влияет на стабилизацию обмена веществ. Минеральная вода щелочная комплексно влияет на разные органы пищеварительной системы, восстанавливая и оздоровляя их. Укрепляет печень и мочеполовую систему. Также она рекомендована для регулярного употребления спортсменам и лицам, занимающимся физическим трудом.

Заказ минеральной воды с доставкой

Рынок минеральных вод сейчас насыщен как компаниями-производителями, так и фирмами по доставке питьевых вод на дом или в офис. Разумеется, выбор может быть нелегким. Для облегчения этой задачи мы по крупицам создали большую информационную базу, которая отражает рейтинг минеральных вод, компании, ведущие бизнес на воде. Здесь легко найдется питьевая, минеральная, артезианская вода. Это вода для детей и взрослых, которая способствует оздоровлению, независимо от возраста.

Рейтинг минеральной воды показывает, что чаще всего заказываемый объем – это 19-литровые бутыли. Наш сайт может вам также рассказать, как развивается бизнес на воде в России, какая из минеральных вод для похудения лучше всего подходит, что пить для поддержки разных органов и систем и т.д. Все это поможет вам сделать верный выбор.

Щелочная вода, щелочная, не бывает щелочней

Щелочная вода очень сильно влияет на ряд ключевых потребительских тенденций. Этот тренд способен обеспечить максимальный рост категории бутилированной питьевой минеральной воды — одного из самых перспективных сегментов рынка функциональных напитков.

У щелочной воды уровень кислотности должен должен быть выше 7 pH. И обычно до 10 pH, потому что потом пить ее невозможно. Кроме того, для такой воды характерно преобладание ионов гидрокарбонатных солей и натрия, что и обеспечивает благотворное воздействие на организм.

Мы хорошо знаем эти минеральные воды, так еще в Советском Союзе врачи рекомендовали их при целом ряде заболеваний, в основном, желудка и пищеварительного тракта. Однако их полезное действие гораздо шире.

Внутренняя среда организма человека, кроме желудка и кожи, имеет щелочную среду, поэтому потребление щелочной воды способствует восстановлению кислотно-щелочного баланса организма. А поскольку организм человека состоит на большую часть из воды, поэтому важно контролировать баланс рН.

Для ЗОЖ и для жизни

Обычно щелочная вода добывается из природных источников с естественно высоким pH, либо улучшается в процессе обработки для получения повышенного pH. Большинство подобных напитков позиционируются как высококачественные продукты для ЗОЖ и активного образа жизни. В рознице их цена может быть на 30%-100% выше простой питьевой воды.

Мировые продажи щелочной воды по данным аналитической компании Zenith Global быстро приближаются к рубежу $1 млрд. Только за 2017 год они выросли на 18% и составили $631 млн. С 2013 года средний показатель роста в сегменте составил 10%. И по предварительным данным 9 месяцев 2018 года, по результатам года продажи еще больше ускорятся. Рост продаж щелочной воды аналитики связывают со снижением спроса на газированные безалкогольные напитки с высоким содержанием сахара.

Хотя в США продажи щелочной воды с 2013 года увеличиваются более чем на 40% ежегодно, Северная Америка является для производителей таких напитков скорее рынком наблюдений.

Крупнейший рынок щелочной воды это Азиатско-Тихоокеанский регион. Однако, он и самый медленно растущий — рост около 3% ежегодно. Поэтому, кроме Северной Америки самым привлекательным рынком является Западная Европа. Там темпы роста категории составляют 50% в год.

Лидеры рынка

На растущем американском рынке крупнейшие бренды щелочной воды Essentia (pH 9,5) и Core (pH 7,4), приобретенный недавно Dr Pepper, марка с розовой горной солью с Гималаев Alcaline88 и новый запуск от Coca Cola — smartwater alcaline (pH 9,0).

Крупные не американские марки — Ново-Зеландская натуральная минеральная вода 1907 (pH 7,8-8,2), ионизированная вода из Великобритании Actiph (pH 9,0) и природная щелочная вода «pH 8» из Южной Австралии.

Главный национальный бренд минеральной воды в РФ — Ессентуки. В него входит много разновидностей, но щелочными считаются только 2 вида: Ессентуки №4 (мой выбор) и Ессентуки №17 (из-за повышенной минерализации не рекомендуется пить в больших объемах). К тому же, мне не очень нравится ее специфический вкус.

Кроме этого, много щелочных источников минеральных вод находится в Ставропольском крае. На полках магазинов можно встретить щелочные воды «Славяновская» и «Смирновская». С дистрибуцией у них не очень, поэтому если вы увидите их в продаже, смело берите — прекрасное сочетание цены и качества.

Праздник, чтобы #Боржомить

Одним из лидеров этого сегмента в нашей стране является хорошо известная с советских времен грузинская вода Боржоми, принадлежащая международному холдингу Georgian Glass & Mineral Water/IDS. В этом году производитель порадовал чумаче свежей рекламной кампанией «Расскажи Снегурочка, где была? #Боржомила.»

Из грузинских напитков в моем рейтинге есть еще грузинская минеральная вода Саирме, но Боржоми — явный лидер и по маркетинговым активностям, и по вкусу, и по кислотному составу.

Вангую, скоро компании из бывшего СССР смогут стать мишенью для поглощений международных гигантов. Не зря Coca Cola стремится в столь привлекательный сегмент со своим smartwater alcaline. Общенациональный запуск в США запланирован на март 2019 года. Однако недавно в кафе на Ленинградском вокзале Москвы я видел стойку с этой водой. Кока кольщики явно добавят новый импульс для роста этой категории.

Материалы по теме

  • Будущее упаковки для питьевой воды

    Одной из значимых сделок 2018 года является приобретение PepsiCo израильской компании SodaStream, производящей инновационную систему газирования воды в домашних условиях. Концепция SodaStream — превращать обычную водопроводную воду в газированный напиток…

  • Как я поправил здоровье йогой

    Кто не знает, среди моих компаний есть Центр йогатерапии «ЙогаМед» История его возникновения до банальности проста! 3,5 года назад у меня заболела спина. Спина-то болела у меня и раньше, но…

  • Внимание! Йога-лохатрон

    Вот, блин, когда вижу такие вещи, становится так жаль тех людей, кто на них покупается… Йога не может быть ничем другим, как просто йогой! Граждане, все эти направления йоги -…

Как правильно выбрать и пить минеральную воду — Российская газета

Все врачи и фитнес-инструкторы громко и хором говорят о том, что надо пить больше воды. Кроме того, будет неплохо, если в привычку войдет ежедневное употребление минеральной воды.

Если организму не хватает жидкости, замедляются обменные процессы, хуже выводятся продукты метаболизма. А это ведет к разнообразным кошмарам в диапазоне от шелушащейся кожи до тяжких проблем с пищеварением. Недостаток жидкости может быть даже причиной отеков — клетки ее «запасают». Поэтому общие рекомендации, особенно актуальные для тех, кто желает разобраться с беспорядочным питанием, систематическим перееданием и избыточным весом, таковы: выпивать в сутки 30 гр воды на каждый килограмм веса тела (но не больше 2 литров). Есть нюанс: речь идет именно о воде (соки, чаи, бульоны и т.д. для организма не питье, а еда). Единственная проблема состоит в том, чтобы выбрать, что именно пить, поскольку вместе с токсинами и прочим мусором легендарные «2 л в день» вымывают из организма совсем не лишние минеральные вещества. Логичный выход — пить минералку, досылая организму необходимое.

Соль по вкусу

Минеральной водой имеет право называться жидкость, добытая из официально зарегистрированного подземного источника, с сохраненным первоначальным набором солей. О том, какая именно вода находится в бутылке, должно быть написано на этикетке. Ищите слова «осадок при 180 градусах», «общая минерализация» или «общее солесодержание» — все они обозначают одно и то же.

В зависимости от того, сколько химических элементов и других веществ удалось растворить в воде, ее объявляют лечебной (10-15 г солей на литр, пьется только по назначению врача). Злоупотреблять лечебными водами не стоит — это грозит отложением солей и другими довольно неприятными последствиями. Лечебно-столовые воды содержат 1-10 г солей на литр, употребляются в профилактических целях и для постоянного применения тоже не годятся.

В столовой минеральной воде не больше 1 грамма солей на литр, ее можно пить в любое время. И было бы неплохо, если бы половину тех самых «ежедневных 2 литров» составляла как раз такая вода. С выбором тоже можно особенно не мудрить и ориентироваться на собственный вкус — просто пить ту минералку, которая покажется вам особенно приятной. Но если вы намерены подобрать некий пул минеральных вод для постоянного употребления, например, как часть программы похудения или поддерживающего курса при каком-либо хроническом заболевании, необходима консультация специалиста.

Минеральные воды классифицируют по содержащимся в них солям:

  • Бикарбонатная («Архыз»). Рекомендуется людям, ведущим активный образ жизни, грудным детям и больным циститом. Вредна при гастритах.
  • Сульфатная («Ессентуки №20»). Рекомендуется при проблемах с печенью, имеет легкий слабительный эффект. Противопоказана детям и подросткам, поскольку сульфаты могут мешать усвоению кальция, а значит — формированию костей. По этой же причине её не стоит пить дамам за 50, которые входят в группу риска заболевания остеопарозом.
  • Хлоридная («Ессентуки №4», «Аксу»). Регулирует работу кишечника, желчных путей и печени. Вредна при повышенном давлении.
  • Магниевая («Нарзан», «Еринская»). Помогает при запорах и стрессах, не рекомендуется гражданам, склонным к расстройствам желудка.
  • Фторная («Лазаревская», «Сочинская»). Рекомендуется беременным, людям, страдающим остеопорозом. Противопоказана тем, у кого дома фторированная водопроводная вода.
  • Железистая («Марциальная», «Полюстровская»). Показана при железодефицитной анемии. Противопоказана при язвенной болезни.
  • Кислая («Шмаковская»). Рекомендуется при пониженной кислотности желудочного сока. Вредна при язве.
  • Натриевая («Смирновская», «Нарзан»). Помогает при запорах и плохом пищеварении, не рекомендуется гипертоникам и тем, кому прописана низкосолевая диета.
  • Кальциевая («Смирновская», «Славяновская»). Рекомендуется при непереносимости молока, беременным, детям и подросткам. Может снижать давление. Строгих противопоказаний не имеет.

Большинство минеральных вод содержат большой набор солей и поэтому принадлежат к нескольким классам одновременно. Например, «Смирновская» — натриево-кальциевая, «Нарзан» — натриево-магниевая и т.д. Кстати, готовить на «минералке», даже столовой, не надо — при кипячении соли дают осадок и могут образовывать соединения, которые организмом не усваиваются.

С пузырьками или без?

Минералка бывает газированной и без газа. Если вы по медицинским показаниям пьете, например, «Ессентуки 17», которая может быть только газированной, выбора у вас нет. Если таких жестких рамок нет, решайте сами — вода «с пузырьками» или без. Прежде всего, газ может быть природным или искусственно добавленным. Второй вариант кажется врачам-гастроэнтерологам сомнительным: «неродной» газ может помешать усвоению минеральных веществ самой воды. Кроме того, есть мнение, что вообще любая газированная жидкость способствует проявлению целлюлита. Кстати, бывает, что из природной газированной воды газ естественным образом исчезает. И перед розливом в бутылки его снова, уже искусственно, опять добавляют в воду. Принимая во внимание все перечисленное, хочется остановиться на воде без газа — sin gas или eau naturelle.

Если вы все же выбираете «газировку», учтите: во-первых, не больше 2 стаканов в день (иначе главным эффектом от применения станет надувшийся живот). Во-вторых, при хроническом гастрите с повышенной кислотностью и язве минералку пьют быстро, почти «залпом», а при нормальной и пониженной кислотности — медленно, маленькими глотками.

Сложный вопрос

Настоящая природная минеральная вода требует деликатного обращения от тех, кто разливает ее в бутылки. Конечно, идеальный вариант — употреблять воду непосредственно из источника. Но, поскольку «Нарзан» не из каждого крана течет, вернемся к бутилированной минералке.

Большинство жидкостей, которые объявляются «минеральной водой», появляются на свет так: сначала вода из артезианской скважины (хорошо, если не из водопровода) проходит глубокую очистку. Такая фильтрация не только убирает все вредные примеси, но заодно избавляет воду и от всего полезного, что в ней случайно оказалось. На втором этапе в воду добавляют соли и другие минеральные вещества, доводя химический состав до какого угодно состояния. Само собой, солей при таком подходе может оказаться больше или меньше, чем хотелось бы. И даже если «начинки» будет ровно столько, сколько нужно, допустим, для «Ессентуков», это все равно будет не «живая» среда, а просто раствор солей. Разумеется, терапевтического эффекта от употребления такой жидкости ждать не нужно.

К сожалению, определить, какая вода стоит перед вами на полке супермаркета, сложно. Ориентироваться стоит на известных производителей и знаменитые источники, стеклянную тару, которая лучше сохраняет свойства воды, и довольно высокую цену. Еще один довольно безопасный вариант — местная минеральная вода, подделывать которую просто экономически невыгодно. Кстати, в Московской области приличных источников вполне достаточно — в Дорохово, Монино, Тишково, Звенигороде, Архангельском, Ерине, Истре и так далее.

Что почитать? Какие данные искать на этикетке

Если речь идет о полноценном (как минимум безопасном) продукте, на этикетке должна быть указана следующая информация:

  • Название воды
  • Название и контакты фирмы-производителя
  • Химический состав
  • Степень и способ минерализации
  • Название источника
  • Правила хранения
  • Срок годности

Минеральную воду “Ессентуки” используют в санаториях Ставропольского края для помощи в реабилитации после COVID-19

Еще с середины января количество заболевших от COVID-19 в России начало стремительно снижаться. За это время курорт Ессентуки, известный своими благоприятными климатическими условиями, разработал программы реабилитации в санаториях для пациентов, перенесших инфекцию. Как заявил Российской газете глава города-курорта Александр Некристов, уникальная местная минеральная вода “Ессентуки” позволяет сделать процесс реабилитации после коронавирусной инфекции более быстрым и эффективным.

Настоящая минеральная вода “Ессентуки №4” и “Ессентуки №17” известна своим богатым составом минеральных веществ, благодаря которым обладает широким спектром полезных свойств. Например, “Ессентуки №4” применяются для лечения, профилактики, и реабилитации при ОРВИ, насыщая кровь щелочными компонентами, а также помогает активизировать иммунную систему. Люди, перенесшие коронавирус, помимо интоксикации за счет действия вируса, подвергаются также серьезному медикаментозному воздействию. Обильное щелочное питье облегчает симптомы простудных и вирусных заболеваний, помогает выводить токсины из организма и ускоряет процесс выздоровления. “Ессентуки №4” можно также применять для лечения, восстановления и профилактики. 

Во время простуды щелочная вода, как “Ессентуки№4”, помогает справится с лихорадочными состояниями, избежать обезвоживания и восполнить запас необходимых веществ. Еще с советских времен традиционно для ингаляторной терапии использовали «Ессентуки № 4”: этот способ ускоряет процесс проникновения полезных микроэлементов в дыхательную систему и позволяет эффективно бороться с воспалительными процессами.

Также рекомендуется проводить двухнедельные курсы полоскания горла для смягчения слизистой, муколитического эффекта и снятия воспалительного процесса: процедуру проводят 4-6 раз в день, для этого нагревают минеральную воду “Ессентуки №4” до 38-40℃. Этот способ, как и ингаляции, подходит не только для взрослых, но и для детей.

Еще осенью этого года Минздрав рекомендовал использовать минеральную воду для реабилитации после легких форм COVID-19. «Выздоровевшим пациентам, которые перенесли коронавирус в легкой или бессимптомной форме, надо следить за состоянием здоровья, анализируя определенные показатели, в случае отклонения от нормы — делать ежедневно дыхательные упражнения и периодически проводить ингаляции с минеральной водой», — отмечается в сообщении со ссылкой на профессора Галину Иванову, главного специалиста по медицинской реабилитации Минздрава. 

«Периодически увлажнять слизистую бронхов ингаляцией с минеральной водой с использованием ультразвукового или компрессорного ингалятора», — подчеркивает профессор.

По мнению специалистов, благодаря своему особому составу щелочные минеральные воды, такие как «Ессентуки №4», служат эффективным вспомогательным средством для профилактики и лечения острых респираторных заболеваний.

Единственный производитель “Ессентуков №4” и “Ессентуков №17” компания “Холдинг Аква”, с начала пандемии помогает больницам Ставрополья. Совместно с Министерством здравоохранения Ставрополья холдинг уже направил более 40 тонн воды, в том числе “Ессентуки”, чтобы поддержать людей, зараженных новым вирусом, а также задействованный в борьбе с ним медицинский персонал.

 Стоит отметить, что в начале мая «Холдинг Аква» уже направлял свою продукцию, в том числе легендарные «Ессентуки 4» и «Ессентуки 17» в медучреждения Ставропольского края и других регионов России. Например, в московскую Коммунарку было передано 20 тонн воды.

“Холдинг Аква” и бренд “Ессентуки” желают здоровья всем проходящим реабилитацию в санаториях, в компании планируют и дальше помогать медучреждениям и врачам.


О минеральной воде «Ессентуки»

Традиционные качество и вкус тех самых «Ессентуков» неизменны и знакомы нам с детства. Вода знаменита своими лечебными и общеоздоровительными свойствами, которые доказаны столетиями, и по праву считается жемчужиной Кавминвод. Уникальный состав воды формировался более 800 лет и содержит более 30 видов минералов. Вода «Ессентуки» благоприятно влияет на самочувствие человека, способствует поддержанию здоровья и защите организма от негативного воздействия окружающей среды, эффективна в рамках комплексной терапии заболеваний органов дыхания, при лечении органов ЖКТ и нарушений обмена веществ.

«Ессентуки № 4» — лечебно-столовая вода с мягким солоноватым вкусом средней минерализации. Вода «Ессентуки № 17» имеет насыщенный солоноватый вкус и высокую степень минерализации, она обладает мощным профилактическим и лечебным эффектом.

В 2020 году легендарная минеральная вода «Ессентуки» начала выпускаться в измененном формате бутылки и получила обновленный стильный дизайн этикетки. Новый современный формат упаковки сохранил при этом узнаваемые черты: традиционное сочетание зеленого, белого и бронзового цветов, а также свой уникальный символ — горы с парящим орлом. Только те самые «Ессентуки» имеют логотип с изображением гор и парящего орла, название «Ессентуки № 4» или «Ессентуки № 17» и надпись «Ессентукское месторождение».

Минеральная вода «Ессентуки» добывается группой компаний «Холдинг Аква» и только на Ессентукском месторождении из скважин, указанных в ГОСТе и в свидетельствах о Наименовании места происхождения товара (НМПТ). Это месторождение расположено вблизи одноименного города на территории эколого-курортного региона Кавказские Минеральные Воды на высоте 640 м над уровнем моря. В 2021 году исполнится 150 лет с момента начала розлива легендарной воды «Ессентуки».

О предприятии «Холдинг Аква»

«Холдинг Аква» — лидирующее предприятие полного цикла по добыче, розливу и дистрибуции минеральной воды на Кавказских Минеральных Водах и единственный производитель воды «Ессентуки № 4» и «Ессентуки № 17», являющейся национальным достоянием и историческим наследием России.

В портфель Холдинга также входят минеральные воды брендов «Славяновская» и «Родные озера».

Миссия предприятия «Холдинг Аква» — популяризация легендарной минеральной воды из недр эколого-курортного региона Кавказских Минеральных Вод в России и за ее пределами. Компания располагает тремя современными производственными площадками, оснащенными новейшим оборудованием, которое обеспечивает безопасное производство и высокое качество продукции. «Холдинг Аква» стремится сохранить и защитить целебные источники для будущих поколений, поэтому главные принципы работы компании — ответственное недропользование и поддержание природоохранных инициатив и проектов на Северном Кавказе. Кроме того, предприятие играет важную роль в повышении инвестиционной привлекательности региона и заинтересовано в реализации новых инвестиционных проектов.

www.holdingaqua.ru

 

Очистка канализационных стоков из заброшенных шахт в удаленных районах

% PDF-1.6 % 109 0 объект > эндобдж 297 0 объект > поток application / pdf

  • Metesh, John J.
  • Джаррелл, Терри
  • Оравец, Стив
  • 7100
  • Очистка канализационных стоков из заброшенных шахт в удаленных районах
  • заминированная земля
  • пассивные процедуры
  • реабилитация
  • 1998-10-01T16: 03: 31ZAdobe PageMaker 6.522010-07-22T14: 35: 59-06: 002010-07-22T14: 35: 59-06: 00 Acrobat Distiller 3.0 для заминированных земель Windows; пассивное лечение; исправлениеuuid: c198aefb-6872-4ec9-b0bc-da05b8f7af4duuid: bca79e0e-abd5-4071-b200-d102ddfacd18 конечный поток эндобдж 106 0 объект > эндобдж 105 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 43 0 объект > эндобдж 46 0 объект > эндобдж 49 0 объект > эндобдж 51 0 объект > поток (ЧАС @ P1 @ 3Fc и eB, r @ g9D bk ‘5g & AN> T91P-C Cl2MaaprTjB?! 2T- PGE;% I $ \ h2f * ȀkVMѐ \ 10I # t% dBoTXv + -jqοw \ EC (Sh3 «Q4Ej).Zf ; 1 0na_Ƴ9O Cx7P \ (2c @@ 4 # 0c1 # B (9pŽ, 25CЄ493; `7CD0

    Эффективность добавления щелочных материалов на открытых угольных шахтах в предотвращении или сокращении кислотного дренажа шахт — Часть 2. Случай с шахты учеба

    Эффективность предотвращения или улучшения кислотного дренажа шахт (AMD) за счет применения щелочных добавок оценивается для восьми открытых угольных шахт в Пенсильвании. Многие из рудников имели характеристики вскрыши, что делало прогноз качества воды после добычи неопределенным.Щелочные материалы применялись в количестве от 42 до более 1000 тонн в виде карбоната кальция на акр. Кроме того, для сравнения включены два участка, которые были добыты и восстановлены без щелочных добавок.

    Данные о концентрации серы в перекрывающих пластах и ​​«потенциале нейтрализации» (NP) для нескольких пластов на каждом участке рудника были использованы для расчета совокупной, взвешенной по массе «максимальной потенциальной кислотности» (MPA) и «чистого потенциала нейтрализации» (NNP = NP — MPA) с использованием трех различных методов расчета.Данные о качестве воды после рекультивации использовались для расчета чистой щелочности (= щелочность — кислотность). Наиболее консервативное определение NNP, при котором MPA рассчитывается путем умножения общей концентрации серы в массовых процентах на 62,5 вместо 31,25, дало наилучшее соответствие с чистой щелочностью (знаки исправления на NNP и чистой щелочности). Ошибка прогноза с использованием каждого метода заключалась в том, что регенерированная покрывающая порода была рассчитана как общая щелочная (NNP> 0), но вода после рекультивации была кислой (чистая щелочность <0).

    В целом, добавление щелочи, вероятно, было недостаточным для нейтрализации или слишком запоздалым для предотвращения образования кислоты в отвалах рудника. На шести из семи рудников, которые имели перекрывающие породы с недостаточным NP по сравнению с MPA (NNP <0), добавление щелочных материалов не привело к созданию щелочного дренажа шахты; ВМД образовалась или сохранилась. Контрольный участок, который также имел недостаточное количество щелочного материала, но не содержал щелочных добавок, вызывал тяжелую AMD. На двух площадках, имевших значительную естественную щелочную покрывающую толщу, образовался щелочной дренаж.Хотя скорости добавления кажутся недостаточными, другие факторы, такие как неравномерное распределение и воздействие кислотообразующих или нейтрализующих материалов и гидрогеологическая изменчивость, затрудняют оценку относительной эффективности использования различных щелочных материалов и размещения кислотных или щелочных материалов. производство материалов.

    Текущее влияние добычи щелочных пород на качество воды реки Сейв в Зимбабве

    В этом исследовании оценивается влияние добычи щелочных пород на истоки реки Сейв в Зимбабве.Известно, что добыча полезных ископаемых по-разному влияет на окружающую среду, и разные типы шахт по-разному влияют на окружающую среду (Mabvira, 2003). Большая часть горнодобывающей деятельности в Зимбабве осуществляется в ахейских зеленокаменных поясах, разбросанных по всей стране. Следовательно, большая часть работы по оценке воздействия горных работ сосредоточена на этих типах горных пород. Зимбабве также содержит месторождения полезных ископаемых в других типах пород других геологических возрастов. Особый интерес (и обсуждаемый в этой статье) представляет появление щелочных магматических пород мезозойского возраста.Хотя Уолш и др. (2001) описывают несколько карбонатитов, в Зимбабве есть шесть основных щелочных кольцевых комплексов, четыре из которых (Мутандаве, Чишанья, Шава и Дорова) являются хозяевами фосфатных отложений и встречаются в районе водосбора Саве. Три из этих комплексов в настоящее время разрабатываются, и есть планы начать добычу четвертого. Разработка этих фосфатных месторождений может изменить качество воды в прилегающих районах (Modreski et al., 2001, Malinovsky et al., 2002).Щелочные породы, добываемые на водосборе Саве, связаны с элементами (Cu, Ca, W, Mo, Mg, F, Co, Fe и Zn), которые могут повлиять на качество воды. В таблице 1 показаны щелочные магматические комплексы на водосборе Саве, их размеры, связанные с ними рудные минералы и элементы, которые могут повлиять на качество воды.

    Каждый кольцевой комплекс расположен менее чем в километре от реки Сави или ее притоков, поэтому сток с рудников и их отвалов может легко попасть в основную речную систему.Это вызывает беспокойство, потому что у общин вокруг реки Сэйв нет или мало альтернативных источников воды по сравнению с рекой Сэйв для их использования, включая бытовое использование, полив скота, отдых, рыбную ловлю и ирригацию.

    Есть несколько воздействий, связанных с добычей щелочных пород на качество воды в бассейне Савеб в Зимбабве, и литература указывает, что есть потенциал для других воздействий в будущем. Целью данной статьи является перечисление текущего воздействия, связанного с добычей щелочных пород на качество воды Save River в Зимбабве, путем выявления текущих проблем с качеством воды на руднике Dorowa.Объем статьи ограничен воздействием на качество воды. Данные по отложениям были получены с единственной целью объяснить возможное разделение элементов между водой и отложениями для использования при интерпретации качества воды. Обсуждения в этой статье основаны на разведывательном исследовании шахты. В настоящее время проводится тщательная и более убедительная работа.

    Кислотный дренаж шахт — обзор

    Жидкие сточные воды / Кислотный дренаж шахт

    Образование жидких стоков от основных горных технологий обычно выше при подземных горных работах, чем при открытых.Для подземных горных работ показатели жидких сбросов 1,0 и 1,6 тонны на 1000 коротких тонн добытого угля были зарегистрированы для традиционной и длинной забойной добычи, соответственно [9]. Если системы грунтовых вод нарушены, тогда существует возможность серьезного загрязнения из-за сильно засоленной или очень кислой воды.

    Сильнокислая вода, широко известная как дренаж кислых рудников, образуется в результате воздействия на сульфидные минералы (чаще всего пирита) воздух и воду, что приводит к окислению серы и образованию кислотности и повышенных концентраций железа, сульфата. , и другие металлы [1].Пирит и другие сульфидные минералы обычно содержатся в угле, вскрышной породе и отходах переработки угля.

    Исторически, добыча угля на угольных месторождениях северных Аппалачей приводила к серьезным проблемам, связанным с загрязненными шахтными дренажами [10]. Кислотный дренаж из закрытых и заброшенных шахт (как подземных, так и наземных) оказывает далеко идущее воздействие на качество воды и, следовательно, на рыбу и диких животных. Дренаж из закрытых шахт особенно кислый в Пенсильвании, Огайо, северной части Западной Вирджинии и Мэриленде.

    Формирование AMD в первую очередь является функцией геологии, гидрологии и горных технологий, используемых на руднике [11,12]. AMD образуется в результате ряда сложных геохимических и микробных реакций, которые происходят, когда вода вступает в контакт с пиритом (минералами дисульфида железа) в угле, отходах или покрывающих породах горных выработок. Получающаяся вода обычно с высоким содержанием кислоты и растворенных металлов. Металлы остаются растворенными в растворе до тех пор, пока pH не поднимется до уровня, при котором происходит осаждение.

    Четыре общепринятые химические реакции представляют химию выветривания пирита с образованием AMD. Общая сводка:

    (3-1) 4FeS2 + 15O2 + 14h3O → 4Fe (OH) 3- + 8h3SO4 Пирит + кислород + вода → ″ Yellowboy ″ + серная кислота

    Первая реакция выветривания пирита включает окисление пирита кислородом. Сера окисляется до сульфата и выделяется двухвалентное железо. Эта реакция дает 2 моля кислотности на каждый моль окисленного пирита:

    (3-2) 2FeS2 + 7O2 + 2h3O → 2Fe2 ++ 4SO42− + 4H + Пирит + кислород + вода → двухвалентное железо + сульфат + кислотность

    Вторая реакция включает превращение двухвалентного железа в трехвалентное железо.На преобразование двухвалентного железа в трехвалентное железо расходуется один моль кислотности. Некоторые бактерии увеличивают скорость окисления двухвалентного железа до трехвалентного железа. Эта скорость реакции зависит от pH, при этом реакция протекает медленно в кислых условиях (pH от 2 до 3) без бактерий и на несколько порядков быстрее при значениях pH, близких к 5. Эту реакцию часто называют реакцией, определяющей скорость реакции . стадия в общей последовательности образования кислоты:

    (3-3) 4Fe2 ++ O2 + 4H + → 4Fe3 ++ 2h3O Двухвалентное железо + кислород + кислотность → Трехвалентное железо + вода

    Третья реакция, которая может происходить, — это гидролиз железо.Гидролиз — это реакция расщепления молекулы воды. В качестве побочного продукта образуются три моля кислотности. Многие металлы способны подвергаться гидролизу. Образование осадка гидроксида трехвалентного железа (, т.е. , твердый продукт) зависит от pH. Твердые частицы образуются, если pH выше примерно 3,5, но ниже pH 2,5, мало или совсем не выпадет твердый осадок. Третья реакция:

    (3-4) 4Fe3 ++ 12h3O → 4Fe (OH) 3− + 12H + Трехвалентное железо + вода → гидроксид трехвалентного железа («Yellowboy -») + кислотность

    Четвертая реакция — окисление дополнительный пирит трехвалентным железом.Трехвалентное железо образуется в Реакциях (3-2) и (3-3). Это циклическая и самораспространяющаяся часть общей реакции, которая происходит очень быстро и продолжается до тех пор, пока не истощится либо трехвалентное железо, либо пирит. Обратите внимание, что в этой реакции окислителем является трехвалентное железо, а не кислород:

    (3-5) FeS2 + 14Fe3 ++ 8h3O → 15Fe2 ++ 2SO42− + 16H + Пирит + Трехвалентное железо + вода → Двухвалентное железо + сульфат + кислотность.

    Лечение AMD включает как химические, так и пассивные методы. В Пенсильвании, например, строгие ограничения на сброс сточных вод были наложены на шахты в 1968 году [11].Многие компании использовали методы химической очистки, чтобы соответствовать этим новым ограничениям на сточные воды. В этих системах кислотность снижается за счет добавления щелочных химикатов, таких как карбонат кальция, гидроксид натрия, бикарбонат натрия или безводный аммиак. Эти химические вещества повышают pH до приемлемого уровня и снижают растворимость растворенных металлов. Из раствора образуются осадки. Однако эти химические вещества дороги, и система очистки требует дополнительных затрат, связанных с эксплуатацией и техническим обслуживанием, а также с удалением металлического шлама.

    Многие варианты систем пассивного лечения AMD были изучены еще в 1978 г. [11]. За последние 15 лет системы пассивного лечения были внедрены на полномасштабных объектах по всей территории Соединенных Штатов с многообещающими результатами. Концепция пассивной очистки заключается в том, чтобы позволить естественным химическим и биологическим реакциям, которые помогают лечить AMD, происходить в контролируемой среде системы очистки, а не в принимающем водоеме. Пассивные системы не требуют дорогих химикатов, необходимых для систем химической обработки, а требования к эксплуатации и техническому обслуживанию значительно меньше.Внедряемые пассивные технологии обработки AMD включают:

    Аэробные водно-болотные угодья;

    Компост или анаэробное водно-болотное угодье;

    Открытые известняковые каналы;

    Отводные скважины;

    Дрены из аноксичного известняка;

    Реакторы вертикального потока;

    Процесс пиролюзита.

    Реакция бактериального сообщества на градиент щелочного дренажа горных шахт в ручьях Центральных Аппалачей

    Abstract

    Состав и разнообразие микробного сообщества изменяются вместе с химическими градиентами, что приводит к ожиданиям, что информация о микробном сообществе может дать новые характеристики градиента. Здесь мы исследуем состав и разнообразие бактерий ручья вдоль сильного химического градиента в ручьях Центральных Аппалачей. При добыче угля в регионе образуется щелочной дренаж шахт (AlkMD), вызывающий резкое увеличение проводимости, щелочности, содержания сульфатов и металлов, достаточное для разрушения сообществ макробиоты водотока по всему экорегиону.В этом исследовании мы изучили взаимосвязь между химическим составом воды и биопленки и таксономическим составом бактерий биопленки в ручьях, где действующие и восстановленные угольные шахты занимали 0–96% площади водосбора. Мы инкубировали деревянные фанеры на каждом участке ручья в течение 4 месяцев для образования биопленок на аналогичных субстратах. Мы взяли пробы химического состава воды во время развертывания и сбора, а также через 1 месяц. После инкубации мы собрали биопленки для микробной и химической характеристики.Микробный состав определяли пиросеквенированием ампликонов 16S рРНК. Образцы биопленок анализировали с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой для определения концентраций металлов. Наши результаты показывают, что состав микробного сообщества значительно различается между сайтами, подвергшимися воздействию AlkMD, и сайтами, не подвергавшимися воздействию AlkMD, и что различия в составе увеличиваются с загрузкой AlkMD. Разнообразие не коррелировало с pH или степенью добычи полезных ископаемых, а вместо этого коррелировало с концентрациями Cd, Mn, Zn и Ni в биопленках.В пределах добываемых участков степень добычи полезных ископаемых отрицательно коррелировала с таксономическим богатством. Несмотря на значительные структурные сдвиги, функциональная способность, предсказанная с помощью PICRUSt (Филогенетическое исследование сообществ путем реконструкции ненаблюдаемых состояний), коррелировала с добычей полезных ископаемых только в 3 из 43 ортологических групп KEGG уровня 2 (Киотская энциклопедия генов и геномов).

    Введение

    Разнообразие, численность и состав микробов меняются в зависимости от градиентов окружающей среды. Понимание природы этих изменений может помочь нам определить набор условий окружающей среды, характерных для определенных групп таксонов (Feris et al., 2009 г .; Logares et al. , 2012). В конечном итоге эти отношения могут быть использованы для разработки микробных индикаторов (Feris et al. , 2009) и помощи в прогнозировании реакции микробного сообщества на условия окружающей среды (Paerl et al. , 2003; Sims et al. , 2013). Сообщества других организмов, включая макробеспозвоночных и перифитон, широко и регулярно используются в качестве биоиндикаторов локальных химических и физических условий (Barbour et al. , 1999; Hering et al., 2003; Solimini et al. , 2006). Сообщества микроорганизмов с их огромным генетическим разнообразием и, в настоящее время, быстрым процессом идентификации, также являются многообещающими биоиндикаторами. Есть основания полагать, что индексы микробных сообществ или индикаторные таксоны могут быть разработаны, поскольку различные исследования демонстрируют, что разнообразие и состав значительно изменяются в зависимости от градиентов pH (Fierer, Jackson, 2006; Fierer et al. , 2007; Lauber ). и др. , 2009 г .; Lear и др., 2009 г .; Rousk et al. , 2010 г .; Griffiths et al. , 2011), концентрация следов металлов (Baker, Banfield, 2003; Feris и др. , 2003; Giller и др. , 2009; Lami и др. , 2013), соленость (Lozupone and Knight, 2007 ; Auguet et al. , 2010) и соотношение углерода к азоту в субстрате (Bates et al. , 2011).

    Поскольку на микробный состав могут сильно влиять pH, соленость и концентрация металлов, мы предположили, что воздействие щелочного шахтного дренажа (AlkMD) вызовет важные сдвиги в микробных сообществах ручья.AlkMD является результатом открытой добычи угля, преобладающей формы изменения земного покрова в Центральных Аппалачах (Townsend et al. , 2009). Стоки образуются во время выветривания горных пород угольных шахт, содержащих карбонатные породы в дополнение к угольным пластам (Palmer et al., 2010; Bernhardt and Palmer, 2011). Карбонатная матрица буферизует серную кислоту, полученную из выветрившихся минералов пирита, увеличивая концентрации катионов оснований (Ca 2+ , Mg 2+ и HCO 3 ) и SO 4 2- концентрации в принимающих водах ( Роуз и Кравотта, 1998; Кирби и Кравотта, 2005).Таким образом, AlkMD характеризуется повышенной щелочностью, ионной силой и pH и часто имеет повышенное содержание металлов, что отражает исходную геологию (Lindberg et al. , 2011; USEPA, 2011; Griffith et al. , 2012). Недавний региональный анализ показывает, что AlkMD, образующийся в открытых шахтах, привел к значительной химической и биологической деградации по крайней мере 22% рек южной части Западной Вирджинии (Bernhardt et al., 2012).

    Загрязнение AlkMD представляет интересный контраст с большим объемом литературы, исследующей реакцию на кислотный дренаж шахт, поскольку оно увеличивает соленость и следы металлов, но увеличивает щелочность, а не снижает pH.В этом исследовании мы сравнили бактериальные сообщества потоков между заминированными и неразработанными водосборами в пределах крупнейшего комплекса открытых угольных шахт в Центральных Аппалачах. Мы задали следующие вопросы. (1) Существенно ли влияет AlkMD на состав сообщества и проявляются ли эти изменения как изменения в α-разнообразии? (2) Какие бактериальные таксоны ответственны за изменения в составе сообществ и могут ли эти таксоны использоваться в качестве индикаторов AlkMD? (3) Какое понимание функциональной реакции можно получить, исследуя таксоны, потерянные и полученные из-за влияния AlkMD?

    Мы ожидали, что реакция состава бактерий на AlkMD будет отражать реакцию макроорганизмов (Pond, 2010; Bernhardt et al., 2012). В частности, сдвиги в составе могут быть связаны как с уменьшением α-разнообразия, так и с пониженной равномерностью по градиенту AlkMD. Мы предположили, что многие таксоны, обнаруженные в водах с низким содержанием растворенных веществ на неразработанных участках, будут отсутствовать или быть редкими на участках ниже по течению от открытых горных выработок, и что количество таксонов, которые, как известно, метаболизируют ионы, высвобождаемые при добыче полезных ископаемых, возрастут после горных работ. Мы ожидали, что таксоны с различными метаболическими репертуарами могут указывать на участки, подверженные воздействию AlkMD.

    Материалы и методы

    Участок исследования

    Участки отбора проб находятся в Мад-Ривер, районе добычи угля на поверхности Центральных Аппалачей, который находится в водоразделе Нижнего Гайандотта Западной Вирджинии ().Грязевая река имеет две развилки. Река Верхняя Грязь протекает через комплекс шахт Хобет, крупнейшую угольную шахту в Центральных Аппалачах, и включает действующие и восстановленные шахты в пределах 40 км 2 от разрешенных шахт. Река Left Fork Mud River не заминирована, но имеет аналогичную геологию и жилую застройку с низкой плотностью застройки. Места отбора проб находились в пределах градиента загрязнения AlkMD. Участки, затронутые добычей полезных ископаемых, включают 9 участков вдоль основного ствола реки Верхняя Грязь и 8 участков в пределах притоков, осушающих шахты (6 действующих и 2 рекультивированных).Не заминированные участки включают один участок на реке Верхняя Грязь выше по течению от карьера, один неповрежденный приток и четыре участка реки Левый Грязь.

    Образцы участков на реке Мад-Ривер и Лефт-Форк-Мад-Ривер в графствах Бун и Линкольн, Западная Вирджиния (Западная Вирджиния). Коды гидрологических единиц (HUC) 12-050701020301 и 12-050701020104 выделены серым контуром. Серые притоки протекают через заминированные участки, а черные притоки не заминированы. Основная часть реки Грязи и реки Лефт Форк показана жирным черным цветом от истока до места слияния.Стрелки показывают направление потока. На вставке с изображением штатов в Средней Атлантике США регион Аппалачского угольного месторождения заштрихован серым цветом, а относительное расположение места исследования на Западном Вирджинии выделено красным (не в масштабе).

    Химический состав воды

    Химический состав воды и температура на каждом участке были измерены во время развертывания и сбора биопленочных субстратов, а также через 1 месяц (декабрь 2010 г., апрель и май 2011 г.). Мы измерили проводимость и pH в потоке и проанализировали образцы на наличие ряда основных и микроэлементов (дополнительная таблица S1).Отбор проб воды проводился в соответствии с протоколами USGS (USGS). См. Lindberg et al. (2011) для получения подробной информации.

    Биопленки ручья

    Биопленки выращивали на субстратах, подвешенных под водой рядом с затененным водотоком на каждом участке отбора проб. Чтобы свести к минимуму изменчивость (De Beer and Stoodley, 2006; Sabater et al. , 2007) и использовать экологически значимые субстраты, мы использовали древесный шпон, вырезанный из того же дерева ( Acer saccharum ), и вложенные виниры в сетчатые пакеты для аквакультуры (Pentair Aquatic Eco-Systems, Апопка, Флорида, США).Четыре стерилизованных винира размещали под водой на каждом участке и инкубировали в течение 4 месяцев. Виниры удалены в апреле 2011 г .; два были доставлены в лабораторию на сухом льду и хранились при -80 ° C до экстракции ДНК. Две оставшиеся облицовки использовались для анализа металлов и содержания углерода.

    Биопленку, соскобленную с двух фанер, сушили в печи при 78 ° C, гомогенизировали, расщепляли HNO 3 и нагревали до 80 ° C. Образцы анализировали на содержание металлов с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, как подробно описано в Lindberg et al. (2011). Оставшаяся биопленка была использована для получения беззольной сухой массы путем сжигания при 500 ° C. Затем 53% разницы между сухой массой до и после сжигания было рассчитано как содержание углерода (Wetzel, 1983).

    Анализ гена 16S рРНК сообщества биопленок

    См. Подробные методы в дополнительной информации. Вкратце, мы экстрагировали ДНК из гомогенизированной биопленки с использованием набора для выделения ДНК PowerBiofilm (MO BIO, Карлсбад, Калифорния, США) и амплифицировали область 27–338 16S рибосомной РНК (рРНК).Секвенирование было однонаправленным с использованием набора Roche 454 Lib-L (Бранфорд, Коннектикут, США). Повторные образцы ПЦР были объединены, очищены и нормализованы перед отправкой в ​​Основной ресурс по секвенированию и анализу генома в Университете Дьюка (Дарем, Северная Каролина, США) для пиросеквенирования с помощью прибора Roche 454 Life Sciences Genome Sequencer Flex Titanium.

    Анализ бактериального сообщества

    Программный конвейер QIIME 1.6.0 (Caporaso et al., 2010) использовался для последующей обработки последовательности: удаление обратного праймера и химер, бинирование филотипов, назначение операционных таксономических единиц (OTU) и 10-основание MID (идентификатор мультиплекса) группировка выборки.USEARCH использовался для фильтрации зашумленных последовательностей, проверки химер и выбора OTU из демультиплексированных последовательностей (Edgar, 2010). Удаляли OTU, содержащие <3 последовательностей. Оставшиеся OTU были выбраны при 97% сходстве последовательностей и идентифицированы с использованием классификатора RDP (Ribosomal Database Project), переподготовленного с помощью Greengenes. Алгоритм NAST был использован для выравнивания, и Greengenes (http://greengenes.secondgenome.com) предоставил основные репрезентативные последовательности (версия от октября 2012 г.). Последовательности были качественно отфильтрованы и разрежены до 1543 последовательностей на образец.Чтобы выбрать 1543 последовательности для анализа, численность каждой OTU на сайте была разделена на общее количество последовательностей для этого сайта, а затем умножена на 1543, чтобы сохранить относительную численность этой OTU из 1543 последовательностей. Полученные десятичные дроби были заполнены, а оставшиеся последовательности, необходимые для того, чтобы сайт содержал 1543 последовательности, были отобраны с использованием распределения OTU на каждом сайте (Beevers, 2006). Один немайнинговый сайт (MRUl2) имел всего 825 последовательностей. Данные с этого участка использовались для корреляции данных об окружающей среде, но исключены из расчетов разнообразия.Кривые разрежения были построены для богатства Chao1 (Chao, 1984), индекса Маргалефа, разнообразия Шеннона, индекса равномерности и равномерности Симпсона.

    Многомерный анализ проводился под руководством Андерсона и Уиллиса (2003), которые выступают за следующие подходы: (1) ординация (надежная и неограниченная), (2) статистическая проверка гипотезы и (3) идентификация таксонов, определяющих наблюдаемые закономерности. . Мы визуализировали различия в составе сообщества на основе OTU с помощью порядков неметрического многомерного масштабирования (NMDS) на основе матриц расстояний Брея – Кертиса (Bray and Curtis, 1957) и обобщенных матриц расстояний UniFrac (GUniFrac) (элемент 1).Расстояния GUniFrac измеряют филогенетическое родство сообщества, но покрывают ряд расстояний от взвешенного до невзвешенного путем корректировки веса ветвей в дереве UPGMA (Chen et al. , 2012). Альфа контролирует вес линий с общими таксонами и был установлен на 0,5, чтобы обеспечить наилучшую общую мощность (Chen et al. , 2012). Для анализа мы сгруппировали добытые участки двумя разными способами: априори (добыча основного ствола, активная засыпка долины и рекультивированная засыпка долины) и постфактум (кластерный анализ расстояний Брея-Кертиса методом Уорда, разделивший участки на группы A и группа B) (дополнительный рисунок S2).Наконец, мы разделили вариацию в нашей матрице расстояний между сообществами между этими априори и постфактум группировками с перестановочным многомерным анализом дисперсии (пункт 3) (Anderson, 2001). См. Подробные методы в дополнительной информации.

    Таксоны бактерий и анализ окружающей среды

    Чтобы понять состав сообщества и ассоциации переменных окружающей среды, мы исследовали корреляции между оценками ординации NMDS и оценками первых двух компонентов, полученными в результате анализа главных компонентов (PCA) преобразованных переменных окружающей среды.Мы использовали корреляцию для поиска тенденций между относительной численностью всех типов и классов и осями PCA, градиентом pH и процентом выработанной площади водосбора. Поскольку изучение линейных отношений между таксономическими группами на высоких иерархических уровнях может скрыть характерные для таксонов закономерности на более низких уровнях, мы также использовали обобщенные линейные модели (квазипуассоновская регрессия; McCullagh and Nelder, 1989), чтобы идентифицировать роды с положительным результатом (наклон> 0, ). P <0,10), отрицательный (наклон <0, P <0.10) и отсутствие реакции ( P > 0,1) по градиенту заминированной площади. Наконец, мы охарактеризовали таксоны, управляющие многомерными моделями, с помощью анализа видов-индикаторов (Dufrene and Legendre, 1997; De Cáceres and Legendre, 2009; De Cáceres et al., 2010) с программным обеспечением PC-ORD (McCune and Mefford, 2011) (Дополнительные Информация).

    Прогнозируемые функциональные профили

    Для прогнозирования функциональной реакции на градиент добычи мы использовали PICRUSt (Филогенетическое исследование сообществ путем реконструкции ненаблюдаемых состояний; http: // picrust.github.com; Langille et al., 2013) для создания функционального профиля с использованием наших данных 16S рРНК. Мы следовали предлагаемым методам выбора OTU с помощью Greengenes 13.5 с использованием Galaxy (http://huttenhower.sph.harvard.edu/galaxy/). Прогнозируемая численность семейств генов была уменьшена до 1078 последовательностей на сайт, проанализирована на уровнях 2 и 3 ортологической группы KEGG (Киотская энциклопедия генов и геномов) и использована в корреляционном анализе (Пирсона) с процентом выработки водораздела и осями PCA. Средний индекс ближайшего упорядоченного таксона был ниже (0.14 ± 0,002), чем сообщалось для почвенных сообществ (0,17 ± 0,02) (Langille et al., 2013).

    Результаты

    Экологическая характеристика водотоков

    Наш набор данных включал участки, которые не были заминированы ( n = 5), притоки Грязевой реки активно дренировали ( n = 6) и мелиорированные ( n = 2) шахты и участки в главном русле реки Грязь как выше, так и ниже по течению от разрабатываемых притоков ( n = 9). Все заминированные участки имели более высокие концентрации типичных компонентов AlkMD (SO 4 2-, Ca 2+ , Mg 2+ , Se и Mn), чем немайнинговые участки (и дополнительный рисунок S1), что приводило к отчетливому химический состав в ПХА ().Большинство переменных окружающей среды, сильно коррелирующих с компонентом 1, классически связаны с AlkMD, с SO 4 2-, Ca 2+ и Mg 2+ , все они сильно коррелируют с этой первой осью (дополнительная таблица S3). Компонент 1 также сильно коррелировал с почвенным покровом, так что процент заминированного водосбора, который дренировался до места отбора проб, объяснял 96% дисперсии участка ( r = 0,96, P <0,001). Мы также наблюдали неожиданное увеличение содержания неизвлекаемого органического углерода ( r = 0.79, P <0,001) и средний нитрат ( r = 0,72, P <0,001) вдоль оси компонента 1 или AlkMD (дополнительная таблица S3). Компонент 2 положительно коррелировал с увеличением концентраций Cd, Mn, Zn, Ni и Zn в биопленках ( r > 0,6, P <0,01).

    PCA выбранных переменных среды. Компонент 1 и компонент 2 объясняют отклонение 56,8 ± 3,8% и 16,9 ± 2,1% соответственно. Сайты с майнингом подразделяются на группу A (сильно заминированная; символы выделены) и группу B (умеренно добываемая; символы не выделены).

    Таблица 1

    Средние значения химического состава воды с декабря 2010 г. по апрель и май 2011 г., которые значительно различались между участками без AlkMD (без разработки, n = 6) и участками осушения шахт ( n = 17)

    Биопленка биомасса в виде ДНК на единицу площади поверхности колебалась от 6 до 274 мг м -2 (среднее значение = 57 ± 12,07 мг м -2 ) и не различалась между заминированными и немайнерами (логарифмическое преобразование, Стьюдент t — тест, P = 0.25). Содержание углерода в биопленке варьировалось от 10 до 127 г C м -2 (среднее = 42 ± 6,17 г C м -2 ) и не отличалось между заминированными и немайнерами (логарифмическое преобразование, тест Стьюдента t , P = 0,24).

    Секвенирование и идентификация таксонов

    Цикл секвенирования ампликонов 16S рРНК дал 145 138 необработанных считываний. После фильтрации и удаления нецелевых сайтов осталось 23 сайта с 102 772 последовательностями. Максимальное количество чтений на сайт составило 7555, в среднем 3543 (у.е. 393). Окончательная кластеризация последовательностей дала 1846 OTU.Каждый образец имел в среднем 391 OTU (s.e. 9). Идентификация OTU на разных таксономических уровнях дала 304 вида, 298 родов, 203 семейства, 128 порядков, 72 класса и 25 типов. Необработанные последовательности доступны в MG-RAST (номера доступа 4498070.3–4498093.3, http://metagenomics.anl.gov/linkin.cgi?project=1572; Meyer et al. , 2008).

    На всех участках доминирующим филумом были протеобактерии (66,7%), за ними следовали Bacteroidetes (20,8%), ацидобактерии (4,7%) и актинобактерии (2.0%). Все остальные типы имели численность <1%. На уровне филума <0,02% считываний не были классифицированы. Наиболее распространенными классами были Alphaproteobacteria (39,0%), Betaproteobacteria (19,3%) и Sphingobacteria (12,5%). На уровне класса 2% чтения были неклассифицированными. Наиболее многочисленными родами были Flavobacterium (6,7%) и Novosphingobium (4,9%). 1,1% ОТЕ были отнесены к известным видам.

    Общая структура бактериального сообщества

    Мы определили различия в составе между следующими категориями участков: неминированные, в притоках, заполненных долинами, и в главном русле реки Мад ниже по течению от притоков, заполненных долинами, с использованием расстояния Брея – Кертиса и системы NMDS GUniFrac ().С помощью матрицы расстояний Брея-Кертиса добытые участки разделены на две группы с использованием иерархического кластерного анализа (метод Уорда), что привело нас к переклассификации заминированных участков на две группы post hoc : группу A и группу B (). Состав сообществ этих двух групп значительно различается (перестановочный многомерный дисперсионный анализ, F 2, 19 = 4,61, P <0,001,). Группа A характеризовалась более высокими концентрациями в биопленках Ca, Cd, Mn, Ni, Sr, Th и Zn, а также Ca, Ni, Se, SO 4 2- и TN (тест Стьюдента t , P ⩽0.05; ). Участки группы A располагались в пределах водосборных бассейнов, где 25–96% площади водосбора были заняты шахтами, тогда как участки группы B имели заминированные 16–51% водосборных бассейнов (критерий Стьюдента t , P = 0,03).

    NMDS-ординация ( a ) с использованием матрицы расстояний Брея – Кертиса и ( b ) с использованием матрицы расстояний GUniFrac (с α = 0,5). Добытые участки, классифицированные как группа A (символы обведены) и группа B (символы не обведены), получены в результате кластерного анализа NMDS расстояния Брея – Кертиса.Матрицы расстояний на основе пиросеквенций 16S рРНК. Значения r 2 указаны в скобках. Напряжение: ( a ) 0,192 и ( b ) 0,190. Разрежается до 1543 последовательностей на сайт.

    Переменные химического состава воды и биопленки, которые значительно различаются между группами A и B, показаны как доля изменения от средней концентрации на неразминированных участках ( P ≤0,05).

    Таблица 2

    Общее и попарное сравнение состава сообщества бактерий грязевой реки, проанализированное с помощью perMANOVA с использованием расстояний Брея – Кертиса и GUniFrac для априорных групп и расстояния Брея – Кертиса для априорных групп

    90ANrac6 для бактерий Perorni GUMINI 9045 9045 1 2.358 9044 заполненного впадины 1 9044 9044 9044 9044 9044
    Источник d.f. SS MS F R 2 P
    PerMANOVA для удаления бактерий Mud River
    В целом
    Тип объекта 3 1,047 0,349 1,937 0,244 0,002
    Остатки 245 0,18 0,756
    Всего 21 4,292 1
    9045 9045 0,573 3,18 0,134 0,001
    Добыча основного ствола и активное заполнение впадины 1 0,288 0.288 1,595 0,067 0,08
    Активное заполнение ендовы и мелиорированное заполнение ендов 1 0,187 0,186 1,035 0,043 9045 9045 9045 9045 9044 0,18 0,756
    Всего 21 4,292 1
    Общий
    Тип объекта 3 0.161 0,054 1,553 0,206 0,021
    Остатки 18 0,621 0,034 0,794 0,104 0,002
    Основной ствол заминирован против активного заполнения впадины 1 0,054 0,054 1,576 0,07 0,061 0,07 0,061
    0,025 0,025 0,724 0,032 0,748
    Остатки 18 0,621 0,034 0.794
    Всего 21 0,781 1
    PerMANOVA для бактерий Mudc River58 с использованием стойки Bray – Cur6
    Тип объекта 2 1,402 0,701 4,607 0,327 0,001
    Остатки 19 2.89 0,152 0,673
    Итого 21 4,292 1
    9045 9044 9044 9045 0,573 3,768 0,134 0,001
    Группа A и группа B 1 0,828 0,828 5.445 0,193 0,001
    Остатки 19 2,89 0,152 0,673

    Основываясь на расстояниях Брея – Кертиса, которые не учитывают филогенетическое родство в различиях сообществ, состав сообщества бактерий значительно различается в целом (F 3, 18 = 1.94, P = 0,002) и между сайтами с и без AlkMD (F 3, 18 = 3,18, P <0,001; и). Не было значительных различий в составе сообществ между ручьями, осушающими активную и рекультивированную насыпь долин (F 1, 18 = 1,04, P = 0,42). Оси 1 и 2 NMDS имели одинаковую степень объяснительной способности (25,9% и 26,4% соответственно). Напряжение конфигурации составило 0,192.

    Мы также использовали GUniFrac для сравнения состава на разных сайтах. Анализ GUniFrac включает филогенетическое родство таксонов.Результаты были аналогичны анализу Брея-Кертиса, хотя разделение между участками в пространстве ординации было менее четким (F 3, 18 = 1,55, P = 0,02; и). Контрасты между заминированными и неразработанными участками показали значительные различия в составе бактериальных сообществ (F 1, 18 = 2,36, P = 0,002), но мы снова не обнаружили различий между сообществами в ручьях ниже мелиорированных и активных засыпок долин (F 1 , 18 = 0,72, P = 0,75). Ось 1 в ординации NMDS расстояния GUniFrac объясняет наибольшие различия в составе участков (31.0%), тогда как ось 2 объясняла 21,3%, а напряжение составляло 0,190.

    Бактериальное разнообразие вдоль горного градиента

    Мы исследовали корреляции между α-разнообразием и переменными окружающей среды. Компонент 2, ось PCA, фиксирующая вариации в металлах биопленок, был единственным сильнейшим коррелятом богатства, оцененного по множеству показателей α-разнообразия. Богатство Chao1, индекс Маргалефа и равномерность отрицательно коррелировали с компонентом 2 (Chao1: P = 0,002, r = -0,63; индекс Маргалефа: P = 0.006, r = -0,57; ровность: P = 0,006, r = −0,57). На всех участках мы не наблюдали значимой корреляции между процентом добытого водораздела и показателями α-разнообразия (все P > 0,05). Тем не менее, оценка богатства Chao1 и индекс Маргалефа только добытых участков были значительно отрицательно коррелированы с процентом заминированного водораздела (оба: P = 0,004, r = -0,66).

    α-разнообразие (здесь показано богатство Chao1 и индекс разнообразия Шеннона (H ‘)) в диапазоне водоразделов с разным процентом их площади, которая была выработана (наблюдаемое, P = 0.44; Chao1, P = 0,74; и Шеннон, P = 0,37). Обозначения post hoc сайтов (группа A, группа B и справочная информация) указаны в ключе.

    Мы исследовали вариацию разнообразия между категориями участков, используя общие биотические индексы (). Α-разнообразие ОТЕ бактерий не различается между априори обозначенными типами сайтов с использованием любого из этих индексов (Kruskal – Wallis, P > 0,05). Однако post hoc категорий действительно различались по α-разнообразию для богатства Chao1, индекса Маргалефа и равномерности (Kruskal – Wallis, P = 0.04, P = 0,04, P = 0,002), что было ниже в группе A (сильно добываемая), чем в группе B (умеренно добываемая) ().

    Таблица 3

    α-разнообразие с использованием 1543 последовательностей

    9057
    9057 0,045
    Постфактум
    Все добыто
    Необработанная группа
    se Группа B с.е. н.э. н.э.
    Насыщенность Chao 1 678,84 ± 66,5 820,9 ± 44,39 742,83 ± 94,07 ± 94,07 ± 94,07 Индекс Маргалефа (D) 62,03 ± 5,09 68,88 ± 5.25 65,2 ± 6,22 61,21 ± 9,13
    Индекс Шеннона (H ‘) 7,88 ± 0,17 9044 7,91 7,89 ± 0,23 7,92 ± 0,35
    Разнообразие Симпсона (1-D) 0,991 ± 0,001 0,989 004 0,99 ± 0,003 0,992 ± 0,003
    Ровность (E) 0,892 ± 0,01 0,83 ± 0,01 0,88 ± 0,017 0,9 ± 0,018
    Доминирование 0,009 ± 0,001 0,011 ± 0,004 0.01 ± 0,003 0,008 ± 0,003

    Индикаторные таксоны и прогнозируемые функции

    Мы провели анализ индикаторных видов ОТЕ, отрядов и семейств, чтобы определить, какие таксоны достоверно указывают на конкретные условия окружающей среды () . Сравнивая сильно заминированные, умеренно заминированные и не заминированные участки, мы обнаружили 174 таксона на основе OTU, прочно связанных с одной из этих трех групп. Большинство индикаторов OTU ( n = 156) тесно связаны с не заминированными участками, только 1 сильно связан с умеренно затронутыми участками группы B и 17 — с сильно пораженными участками группы A.Из OTU, присвоенных идентификатору таксона, мы обнаружили 20 порядков (всего 128), 34 семейства (всего 203) и 28 родов (всего 255), которые были индикаторными таксонами для одной из трех post hoc групп.

    Таблица 4

    Таксоны, идентифицированные на уровне отряда или семейства в качестве индикаторов с использованием Индикаторного таксонового анализа

    0,006 , YCC11 7 0,0194 Alphabacteria 9044, Alphaobacteria 9044 42,1 7 4,8457 56,5 7 4,8457
    Классификация участков (IV) Среднее значение s.d. P Таксон (тип, класс, порядок)
    Идентифицировано по заказу
    Необработанные 94,3 42,5
    Не добытый 75,3 56,4 9,96 0,046 Протеобактерии, бетапротеобактерии, A21b
    Необработанный 72.3 55,6 7,31 0,0194 Протеобактерии, Alphaproteobacteria, Ellin329
    Незамайн 71,5 56,2 6,32
    50 10,68 0,004 Proteobacteria, Deltaproteobacteria, Myxococcales
    Группа A 83.9 38,8 10,05 0,001 Протеобактерии, гаммапротеобактерии, HTCC2188
    Группа A 78 56,5 7.09 9044 Gamapobell 9044 77,3 60 7,11 0,008 Nitrospirae, Nitrospira, Nitrospirales
    Группа A 76,8 51.9 10,62 0,0168 Протеобактерии, Бетапротеобактерии, MND1
    Группа A 76,4 51,4 11,14 0,0238 0,0238 Proteobacteria 9044 9044 10,35 0,0012 Firmicutes, Bacilli, Bacillales
    Группа B 75 29,2 10.23 0,0028 Acidobacteria, Acidobacteria-6, CCU21
    Классификация участков (IV) Среднее значение s.d. P Таксон (тип, класс, отряд, семейство)
    Отнесено к семейству
    Незамайн 76,9 53 10.91 0,03 A21b, EB1003
    Группа A 100 38.9 10,6 <0,001 Proteobacteria, Gammaproteobacteria, Legionellales, Legionellaceae
    Группа A 83 39,2 10,56 0,003 10,56 0,003 90dsobacteria 90dsmapobacteria, HTMAPO2 77,8 60,6 7,48 0,0142 Nitrospirae, Nitrospira, Nitrospirales, Nitrospiraceae
    Группа A 76.4 51,3 11,29 0,0248 Протеобактерии, бетапротеобактерии, родоциклы, Rhodocyclaceae
    Группа A 72,7 56,5
    Группа A 70,5 56,4 4,13 <0,001 Протеобактерии, бетапротеобактерии, Methylophilales, Methylophilaceae
    Группа B Группа B Группа B 8 41,5 9,84 0,002 Firmicutes, Bacilli, Bacillales, Bacillaceae
    Группа B 71,8 56,4 0,006 0,006 0,006

    Из всех описанных таксонов процент добытых водоразделов объяснил значительные линейные тренды численности для 9 из 72 классов, 18 из 128 порядков и 12 из 203 семейств (дополнительная таблица S4).В то время как классы Acidobacteria-5 и Betaprotebacteria, отряды YCC11 и Ellin329, а также семейства Bacteriovoracaceae и EB1003 отрицательно коррелировали с процентом добытого водораздела (все r > −0,6), классы Acidimicrobiia, отряды Acidimicrobiales, SBR1032 и Rhodobacterales Относительная численность семейств Methylophilaceae и Desulfobacteraceae увеличилась в ручьях более сильно заминированных водосборов (все r > 0,5).

    Поскольку кросс-градиентные паттерны таксонов часто выполняются на грубых уровнях таксономического разрешения, мы исследовали реакции родов в пределах двух наиболее распространенных классов: бетапротеобактерии, которые отрицательно коррелировали с процентом добытого водораздела, и Alphaproteobacteria, которые не коррелировали с процентом добытого водораздела.Для каждого рода в классе мы оценили структуру численности по градиенту процента добычи с использованием квазипуассоновской регрессии (McCullagh and Nelder, 1989). Отрицательная корреляция между относительной численностью бетапротеобактерий и процентом добытого водораздела сохраняется не для всех родов внутри класса (). В то время как 9 родов показали отрицательный ответ, 6 ответили положительно, а 18 не дали ответа. У Alphaproteobacteria, которые не проявили реакции на добычу полезных ископаемых на уровне класса, 13 родов дали положительный ответ, 11 — отрицательный и 28 не показали значимого ответа ().Мы сослались на каждый отвечающий род с помощью модулей KEGG Organism и Bergey’s Manual (Garrity, 2005), чтобы определить энергетический метаболизм, который может реагировать на составляющие AlkMD (). Большинство путей метаболизма серы и азота были общими как для положительных, так и для отрицательных респондентов. Тем не менее, единственный чувствительный род, по сообщениям, включает денитрификатор, увеличивающийся при добыче полезных ископаемых, тогда как ассимиляционные пути восстановления сульфата были идентифицированы для тех родов, которые только отрицательно реагировали на добычу полезных ископаемых.

    Ответ на процентную площадь водосбора, заминированную ( a ) классом Betaproteobacteria; и роды внутри Betaproteobacteria: ( b ) Hydrogenophaga, репрезентативный положительный ответчик; ( c ) Rubrivivax, типичный неответчик; и ( d ) Polaromonas, репрезентативный отрицательный ответчик, с использованием квазипуассоновской регрессии.

    Ответ на процент площади водосбора, заминированный ( a ) классом Alphaproteobacteria; и роды внутри Alphaproteobacteria: ( b ) Rhodobacter, типичный положительный ответчик; ( c ) Sphingobium, типичный неответчик; и ( d ) Bradyrhizobium, репрезентативный отрицательный ответчик, с использованием квазипуассоновской регрессии.

    Таблица 5

    Функции энергетического метаболизма для альфа- и бета-протеобактерий, которые реагируют на градиент добычи

    9044 9044 редукция ассимиляционная SO 4 2- редукция 9045 9045 9045 9045
    Класс Тип ответа Род Rseudo- 2 Энергетический метаболизм KEGG Виды организмов
    Alphaproteobacteria Brevundimonas 0.371 Аэробное дыхание B. subvibrioides
    + Эритромикробий 0,358 Аэробный фотосинтез 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 904 9044 9044 9044 9044 9044 904 904 90RA H. neptunium
    Rhodobacter a 0,396 N-фиксация, DNF, окисление тиосульфата комплексом SOX R .sphaeroides, R. capsulatus
    Phenylobacterium 0.309 DNRA P. zucineum
    A. platensis
    Sphingomonas 0.160 Аэробное дыхание ассимиляторное SO 4 2- редукция S. wittichii , S. sp. MM-1
    Bradyrhizobium 0,156 N-фиксация, ассимиляторная SO 4 2- восстановление, окисление тиосульфата комплексом SOX 9044 Rhodoplanes 0,156 DNF, фотогетеротрофия
    Betaproteobacteria + Polynucleobacter 0.442 Окисление тиосульфата комплексом SOX P. needarius , P. sp. QLW-P1DMWA-1
    Метиловерсатилис 0,259 Ассимиляционный NO 3 редукция M. universalis Окисление водорода
    Метилибий 0.153 DNRA, окисление тиосульфата комплексом SOX M. petroleiphilum
    Polaromonas a 0,430 Окисление комплекса N-SO3 9045 DNRA6, окисление N-SO3 9044 DNRA6, окисление N-SO3 naphthalenivorans , P. sp. JS666

    Относительная численность семейств генов, полученная с помощью прогнозируемого функционального профиля с использованием PICRUSt, сгруппирована в три функциональные категории уровня 2, которые отрицательно коррелировали с процентом добытого водораздела.Относительная численность семейств генов колебалась от 11% до <1%. Процент добытого водораздела отрицательно коррелировал с семействами генов в «Сигнальные молекулы и взаимодействие» (категория обработки экологической информации) ( P = 0,005, r = -0,59, 4% -ное содержание), «Биодеградация и метаболизм ксенобиотиков» (категория метаболизма) ( P = 0,01, r = -0,53, численность 0,4%) и «Транспорт и катаболизм» (категория клеточных процессов) ( P = 0,02, r = -0.50, численность 0,2%).

    Обсуждение

    Несмотря на получение обширного загрязнения AlkMD из крупнейшей угольной шахты в Аппалачах, сообщества микроорганизмов, подверженные исключительно высоким уровням компонентов AlkMD в Mud River, не менее разнообразны, чем близлежащие эталонные сообщества. Разнообразие этих потоков лучше всего коррелирует с многовариантным фактором, который включает в себя повышенные содержания в биопленках Cd, Mn, Zn и Ni. Вопреки нашим прогнозам, общее бактериальное разнообразие не сильно коррелировало со степенью добычи полезных ископаемых, хотя в пределах добываемых участков интенсивность добычи отрицательно коррелировала с таксономическим богатством.Несмотря на лишь незначительные изменения в α-разнообразии, мы обнаружили значительные различия в составе микробных сообществ в неминированных и загрязненных рудниками водотоках. Эти сдвиги в составе были вызваны изменениями в относительной численности, а не круговоротом между видами на заминированных и не заминированных участках, поскольку только 9% OTU различались между заминированными и немайнерами достаточно, чтобы служить индикаторными таксонами. Имеются ограниченные доказательства того, что эти изменения в составе были вызваны реакцией на доступность нитратов и сульфатов для использования в энергетическом метаболизме.Скорее, сдвиги таксонов могут быть из-за стрессоров, которые влияют на клеточные процессы и передачу сигналов.

    Хотя наши данные предполагают, что состав бактериального сообщества изменился под воздействием AlkMD, мы не наблюдаем линейных тенденций в α-разнообразии вдоль градиента добычи, потому что α-разнообразие широко варьируется в неэкспонированных участках. Однако в пределах добываемых участков богатство уменьшилось по мере того, как разрабатывалась большая площадь водосбора. Когда экосистема подвергается серьезным экологическим изменениям, таким как горная добыча, мы ожидаем, что организмы, которым эти изменения благоприятствуют, будут процветать, а чувствительные таксоны потерпят неудачу.Эта реакция субсидия-стресс (Odum et al. , 1979) может изменить состав сообщества в зависимости от градиентов окружающей среды, а также увеличить разнообразие на промежуточных уровнях воздействия, когда чувствительные и толерантные (или субсидируемые) таксоны частично совпадают (Niyogi et al. , 2007 ). Это возможное объяснение разнообразия и разнообразия микробных таксонов на градиент AlkMD. Это также согласуется с экспериментом по пересадке дренажа реки Кларк-Форк, содержащего медный рудник Бьютт, где Feris et al. (2009) обнаружил, что разнообразие бактериальных таксонов было наибольшим при низких и умеренных уровнях загрязнения металлами (As, Cd, Cu, Pb и Zn) и наименьшим — в незагрязненных и сильно загрязненных отложениях.

    Многие исследования, в которых сообщается о реакции микробного сообщества на загрязняющие вещества окружающей среды, происходят в кислотных дренажных системах шахт (Baker and Banfield, 2003). Сообщества в этих очень кислых, металлических водах обычно менее разнообразны, чем бактерии из нейтральных или щелочных водотоков (Lear et al. , 2009; Kuang et al., 2013), а pH сильно коррелирует с филогенетическим разнообразием, богатством и расстоянием UniFrac (Kuang et al., 2013). PH водной толщи в течение периода нашего исследования не отличался статистически между добытыми и неразработанными участками и не имел корреляции с процентом выработки водосборного бассейна, хотя он составлял почти два порядка величины (6,9–8,6). AlkMD обычно повышает pH (Griffith et al., 2012), и предыдущая работа на этом промысле обнаружила сильную положительную корреляцию между процентом добытого водораздела и pH (Lindberg et al., 2011). В отличие от более раннего исследования Грязевой реки, это исследование проводилось зимой / ранней весной, когда высокие потоки ослабляют влияние pH шахтного дренажа. В отличие от предыдущих исследований (Fierer, Jackson, 2006; Lauber et al. , 2009; Rousk et al. , 2010; Griffiths et al. , 2011), pH не был важным коррелятом состава или разнообразия. показатели за этот период выборки. Это может быть объяснено изученными нами значениями pH или ограниченным диапазоном pH в нашем исследовании (2 порядка величины) по сравнению с предыдущими исследованиями (≥4 порядков величины).Тем не менее, наши результаты также контрастируют с исследованием разнообразия водотоков экспериментального леса Хаббард-Брук в Нью-Гэмпшире, США, в котором аналогичный диапазон значений pH (4–6,3) оказался наилучшим коррелятом богатства микробных таксонов в разных водотоках (Fierer и др. , 2007). Отсутствие корреляции разнообразия pH в Mud River предполагает, что другие химические компоненты были более сильными детерминантами структуры бактериального сообщества, чем pH, и это, возможно, неудивительно, учитывая большую разницу в щелочности, проводимости и множестве микроэлементов, связанных с добычей на поверхности.

    Состав сообществ существенно различается между участками без заминирования и участками, расположенными ниже по течению от открытых рудников. На участках, затронутых добычей полезных ископаемых, мы обнаружили две отдельные группы post hoc , связанные с разными уровнями воздействия AlkMD. Бактериальные сообщества на участках умеренного воздействия AlkMD были более разнообразными, чем сообщества с высоким воздействием загрязнителей. Сдвиг в составе между неразработанными и добытыми участками лучше всего объясняется повышенными составляющими AlkMD Ca 2+ , Li, SO 4 2-, Se и Mg 2+ и общей ионной силой.Различия в составе между группами с высоким и умеренным содержанием AlkMD лучше всего объяснялись более высокими концентрациями Cd, Mn и Zn в биопленках на участках, подверженных сильному горному воздействию. Более ранняя работа показывает, что соленость и следы металлов вызывают значительные изменения в составе микробного сообщества (Baker and Banfield, 2003; Feris et al. , 2003; Lozupone and Knight 2007; Giller et al., 2009; Auguet et al. , 2010; Лами и др. , 2013). В ряде исследований было обнаружено, что Cd и Zn, в частности, изменяют состав микробного сообщества (Ganguly and Jana, 2002; Sverdrup et al., 2006 г .; Bouskill et al. , 2010 г .; Xie et al. , 2011).

    Как показывают предыдущие исследования (Lozupone et al. , 2007; Kuczynski et al. , 2010), методы анализа влияют на выводы о различиях в составе. Хотя обе матрицы расстояний, которые мы использовали для создания ординаций NMDS, дали идентичные различия между типами участков, они также выявили уникальные паттерны состава сообществ внутри типов участков. GUniFrac включает филогенетическое родство в матрицу расстояний за счет более сильного взвешивания близкородственных таксонов (Kuczynski et al., 2010 г .; Чен и др. , 2012). Поскольку различия в составе типов сайтов были менее сильными при использовании матрицы расстояний несходства GUniFrac, а не Брея – Кертиса, сдвиги в составе могут быть связаны с тем, что близкородственные таксоны совершенно по-разному реагируют на AlkMD. Эта точка зрения подтверждается анализом на уровне родов, который показал, что роды одного и того же класса по-разному реагировали на градиент добычи.

    В конечном итоге, по мере того, как наши знания об истории микробной жизни и физиологии растут, мы надеемся сопоставить отдельные микробные признаки с филогенезом.Такие знания улучшат мониторинг химического загрязнения и прогнозирование микробной реакции на деградацию экосистемы. В настоящее время сопоставление микробных признаков с идентичностями очень ограничено, что скрывает причины или следствия конкретных композиционных сдвигов в сообществах бактерий. Тем не менее, изучение таксонов, которые сильно реагируют на AlkMD, и сравнение связанных изменений состава с изменениями в других градиентах окружающей среды может пролить свет на важные таксоны-индикаторы микробов.

    Наборы таксономических данных информативны, но плохо разрешены на уровне родов и видов (только 1.1% ОТЕ были отнесены к известным видам). Таким образом, сложно выбрать подходящие таксономические уровни для лучшего понимания микробных реакций. На уровне класса самые сильные респондеры AlkMD были внутри типов Proteobacteria, Acidobacteria и Actinobacteria. Подобно Feris et al. (2003), мы обнаружили, что относительная численность бетапротеобактерий снижалась по градиенту загрязнения. Индикаторные таксоны бетапротеобактерий также отрицательно коррелируют с содержанием органического углерода в речных и устьевых водах (Fortunato et al., 2013), и это может сыграть роль в структурировании сообществ AlkMD, поскольку растворенный органический углерод имел сильную положительную корреляцию с добычей полезных ископаемых. Напротив, Feris et al. (2009) также обнаружил, что в гипорейных отложениях, поступающих из щелочных водотоков (pH 7,9–8,3), относительная численность альфа- и гаммапротеобактерий увеличивается с увеличением индекса загрязнения металлами. Хотя мы использовали поверхностные биопленки, а не гипорейные отложения, мы не наблюдали такой взаимосвязи. В нашем исследовании наиболее сильная положительная корреляция с добычей обнаружена у актинобактерий, которые реагировали линейно, а не порогово.

    После определения таксонов, чувствительных к этому градиенту, следующим шагом будет изучение механизмов и соответствующих экологических последствий. Мы ожидали, что два иона, количество которых существенно увеличилось при добыче полезных ископаемых, сульфат и нитрат, будут связаны с изменениями в составе таксонов, поскольку они могут использоваться в энергетическом метаболизме. Действительно, несколько устойчивых к AlkMD таксонов включали гамма- и дельтапротеобактерии, нитроспира, бациллы и сфингобактерии, некоторые из которых осуществляют биогеохимические превращения, включая круговорот азота.К ним относятся окисление нитрита до нитрата с помощью Nitrospirae (Wakelin et al. , 2008), окисление метанола, связанное с денитрификацией с помощью Methylophilaceae (Kalyuhznaya et al. , 2009), восстановление нитрата и разложение ароматических соединений с помощью Rhodocyclales (Hesselsoe et al. , 2009). Тем не менее, модули KEGG Organism выявили аналогичные пути азота для видов в родах, количество которых увеличивалось и уменьшалось при добыче полезных ископаемых. Более того, прогнозируемая численность семейств генов для метаболизма азота не коррелировала положительно с добычей полезных ископаемых.Метаболизм серы имел аналогичный результат: прогнозируемая численность семейств генов метаболизма серы не коррелировала с добычей полезных ископаемых (и сульфатом), однако относительная численность семейства Desulfobacteraceae, снижающих содержание сульфатов, увеличивалась в потоках водосборных бассейнов с более интенсивной разработкой. Из-за смены режима во многих химических веществах, связанных с AlkMD, вполне вероятно, что ни один механизм не отвечает за наблюдаемые нами структуры таксонов. Скорее, многомерный характер AlkMD лучше всего представлен процентным соотношением добытого водораздела.Этот сдвиг химического режима может влиять на клеточные процессы и передачу сигналов, как предполагает предсказанный функциональный профиль. На уровне экосистемы возможно, что эти эффекты могут изменить потребности в энергии, тем самым влияя на эффективность использования углерода и круговорот углерода, если энергия перенаправляется на клеточные процессы, а не на рост. Тем не менее, похоже, что большинство функциональных категорий, по прогнозам, будут дублироваться между бактериальными сообществами, охватывающими градиент добычи.

    В заключение, наше исследование показывает, что бактериальный состав биопленки ручья в системе Mud River значительно различается между участками, получавшими AlkMD, и участками, не подвергавшимися воздействию.Среднее таксономическое богатство участков, получающих умеренные уровни компонентов AlkMD, превышало таксономическое богатство участков, не подвергавшихся или сильно экспонированных, создавая нелинейную взаимосвязь между воздействием и разнообразием. На большинстве таксономических уровней несколько таксонов имели достаточно статистических различий между категориями воздействия, чтобы указать на специализацию среды обитания. Небольшое количество таксонов с сильным откликом и несоответствие в сходстве составов между GUnifrac и ординациями Брея-Кертиса предполагают, что сдвиги сообществ происходят через семейства, роды и виды, а не дальше по иерархии.Такие результаты контрастируют с реакцией макрофауны на воздействие AlkMD, когда целые отряды водных насекомых исчезают из водотоков, сильно пострадавших от AlkMD (Pond et al. , 2008; Pond, 2010, 2012). Тестирование функциональных реакций микробного сообщества — следующий логический шаг к пониманию экологически значимых связей между композиционными сдвигами и сильным химическим градиентом, который AlkMD устанавливает в ручьях Центральных Аппалачей.

    Пассивные методы очистки кислой воды в Пенсильвании

    Введение

    Кислотные дожди и кислотные шахтные дренажные системы загрязнили тысячи миль ручьев Пенсильвании кислой водой.Для решения этой проблемы за последние 30 лет было разработано множество различных типов систем обработки кислотной воды. К ним относятся как активные, так и пассивные системы. Системы пассивной очистки основаны на химических и биологических процессах для устранения кислотности с минимальным использованием механических средств или постоянного обслуживания или без них. Системы активной очистки дороже в строительстве и обычно требуют ежедневных манипуляций со стороны обученных операторов и частого технического обслуживания. Пассивные системы чаще используются в небольших проектах восстановления общественными организациями и группами водоразделов.Недавний рост общественных организаций водосборных бассейнов и доступных фондов восстановления в рамках программы Пенсильвании Growing Greener подчеркивает потребность в ясной и краткой информации о системах пассивной кислотной очистки воды.

    Из-за большого количества кислотных дождей и заброшенных участков дренажа кислотных шахт в Пенсильвании многие водотоки были загрязнены и нуждаются в восстановлении. Более 2400 миль ручьев Пенсильвании не соответствуют стандартам качества воды из-за кислотного дренажа шахт (AMD), а в Содружестве есть 135 миль хронически подкисленных водотоков из-за кислотных дождей.Однако еще много миль водотоков в некоторой степени ухудшены из-за кислотных стоков. Кислотный сток ухудшает качество воды в ручье и часто приводит к исчезновению рыбы и других водных организмов.

    Химия кислотных потоков

    Ниже приведены пять основных химических измерений, которые могут помочь определить, какую кислотную обработку воды следует использовать:

    • pH — Измеряет количество свободных ионов водорода (H +) в воде. Значение pH колеблется от 0 до 14, при этом pH 7 является нейтральным и указывает на то, что вода не является ни кислой, ни щелочной.Вода с pH ниже 7 кислая; вода с pH более 7 является щелочной. (См. Рис. 1.) Наиболее распространенным естественным средством контроля pH воды является система бикарбонатной буферизации, которая зависит от количества растворенного в воде карбоната кальция. pH — важная переменная качества воды, поскольку водные животные чувствительны к изменениям pH, особенно когда эти изменения являются внезапными или значительными.
    • Щелочность —Часто определяется как способность раствора нейтрализовать кислотность.Важным свойством щелочности является то, что она действует как буфер. Одной из целей обработки воды, подвергшейся воздействию кислоты, является повышение щелочности путем растворения в воде веществ с карбонатом кальция (CaCO 3 ), таких как известняк. В то время как многие различные вещества могут повышать щелочность, карбонат кальция чаще всего является основным источником щелочности в природных водах. По этой причине щелочность обычно указывается как эквивалентное количество CaCO 3 . Один сбивающий с толку аспект щелочности заключается в том, что раствор может быть умеренно кислым, но также содержать некоторую щелочность.На самом деле это часто может произойти в результате обработки кислой воды. Обычно желательно иметь воду с высокой щелочностью, особенно когда существует вероятность смешивания этой воды с более кислой водой в какой-то момент ниже по потоку.
    • Кислотность — Измеряет способность воды нейтрализовать щелочность. Кислотный дренажный поток шахты с кислотностью 100 мг / л CaCO 3 потребует такого количества карбоната для нейтрализации кислоты. Для работы на ручьях, пострадавших от кислотного дренажа шахты, важно знать как щелочность, так и кислотность до и после обработки.
    • Кислотно-нейтрализующая способность (ANC) — Другое измерение, аналогичное щелочности. Разница между ANC и щелочностью заключается в том, что ANC измеряет чистое состояние воды. Например, значение ANC ниже 0 означает, что вода кислая и не имеет буферной способности. Если ANC выше 0, вода обладает некоторой буферной способностью.
    • Металлы — Железо (Fe), марганец (Mn) и алюминий (Al) широко используются в кислых дренажных системах шахт. Алюминий (Al) — наиболее распространенный токсичный металл в ручьях, пострадавших от кислотных дождей.Во время обработки pH и щелочность должны быть достаточно высокими, чтобы при осаждении металлов оставалась достаточная щелочность для буферизации любых дополнительных поступлений кислоты.

      При обработке AMD железо и марганец выпадают в осадок при различных значениях pH. Марганец требует более высокого pH — обычно около 8,0 — по сравнению с 6,5, необходимым для осаждения железа. Часто многие пассивные методы лечения неэффективны для удаления марганца из-за этого высокого требования к pH.

      Металлы — важный фактор, который следует учитывать, поскольку они токсичны для водных организмов и наносят вред их средам обитания.Например, металлический осадок на дне ручьев покрывает и разрушает среду обитания многих видов водных насекомых. Растворенный алюминий токсичен для рыб и может вызвать гибель рыбы. Эти побочные эффекты необходимо учитывать в любом плане лечения кислотных потоков.

    Рисунок 1. Диапазон pH

    Цели и рекомендации по очистке

    Методы кислотной очистки воды можно разделить на две категории: методы пассивной очистки Категории I и методы пассивной очистки Категории II.Разделение основано на различиях в целях лечения. Методы категории I направлены на повышение pH и щелочности; Методы категории II пытаются повысить pH и щелочность, а также удалить металлы.

    Категория I: повышение pH и щелочности

    Методы категории I нейтрализуют кислотность за счет повышения pH и щелочности. Методы категории I различаются в основном доставкой соединений, нейтрализующих кислоту. Ни один из методов не эффективен на 100 процентов, а различные характеристики конкретного участка могут повлиять на вероятность успеха даже в рамках одного и того же метода.Например, кислотные дожди сильнее повлияли на некоторые районы Пенсильвании из-за более высокого поступления алюминия из лесных почв в ручьи. Известняковый песок может быть менее успешным в этих областях, чем в других, потому что алюминий будет выпадать в осадок в больших количествах и оставаться в потоке.

    Категория II: удаление металлов

    Системы категории II удаляют металлы в дополнение к повышению pH и щелочности. Металлы удаляются одним из четырех способов. Первые два процесса — это поглощение металла растениями или адсорбция металла на субстрате.Эти процессы не происходят со скоростью, достаточной для того, чтобы обеспечить большую пользу в стандартных системах очистки. Третий процесс называется окислением и происходит, когда pH воды близок к 7 и содержит кислород. Четвертый метод — это восстановление сульфата, опосредованное бактериями. Бактерии, которые поддерживаются богатыми органическими веществами субстратами, уменьшают содержание сульфатов в шахтных дренажах. Эта реакция дает бикарбонатную щелочность и восстанавливает сульфат до сульфида. Затем сульфид вступает в реакцию с токсичными металлами, присутствующими в воде, которые осаждаются или осаждаются из воды.Некоторое количество сульфида соединяется с водородом с образованием газового сероводорода, который улетучивается в воздух. Восстановление бактериального сульфата может происходить как в аэробных (с кислородом), так и в анаэробных (без кислорода) водно-болотных угодьях, но это способствует анаэробным водно-болотным угодьям.

    Химическая природа шахтного дренажа может определять процесс удаления металлов. Реакции окисления подходят для чистого щелочного дренажа шахт, поскольку реакции окисления снижают pH. Следовательно, уровень щелочности в шахтных дренажах должен быть достаточно высоким, чтобы противодействовать кислотности, возникающей в результате окисления металлов.

    Напротив, щелочность добавляется к чистому кислому дренажу за счет восстановления сульфата и добавления нейтрализующего кислоту соединения, такого как известняк.

    Этапы управления

    Подразделения категорий I и II используются для понимания процессов лечения, которые наиболее важны для этих методов. Методы пассивной очистки Категории I включают известкование водоразделов, известкование водно-болотных угодий, известняковый песок в русле реки, скважины для добавления щелочных грунтовых вод, скважины для отвода известняка и дренажные системы из бескислородного известняка (ALD).Методы категории II включают аэробные водно-болотные угодья, анаэробные водно-болотные угодья и системы последовательного образования щелочности (SAPS). Выбор конкретного метода зависит от химического состава воды, подлежащей очистке, и целей очистки, которые могут варьироваться от восстановления рыболовства до простого улучшения условий обитания водных насекомых ниже по течению. Перед выбором метода обработки следует учесть следующее:

    Во-первых, определить физические и химические характеристики обрабатываемого потока; во-вторых, пересмотрите цели лечения; в-третьих, изучите преимущества и ограничения различных систем лечения, поскольку они связаны с целями вашего проекта; и, в-четвертых, убедитесь, что существует программа эксплуатации и обслуживания любой выбранной системы.

    Пассивные методы очистки

    Категория I

    Для очистки водотоков, пострадавших от кислотных дождей, чаще всего используются следующие методы Категории I. Их можно использовать по отдельности или в сочетании друг с другом. Фактически, рекомендуется проводить обработку на водоразделе с использованием комбинации методов, включая известкование водоразделов, известняковый песок в русле реки и известкование водно-болотных угодий.

    Водораздел — это участок земли, на котором вода поступает в определенную точку ручья или другого водоема.Вы можете использовать топографическую карту, чтобы определить границы водораздела и посмотреть на физические характеристики ландшафта, окружающего интересующий поток. Кислотный дождь влияет на весь водораздел, а не только на ручьи, стекающие с него. Во всех случаях следует контролировать потоки во время обработки, а также во время высокого и низкого расхода воды, чтобы определить, являются ли количество и частота внесения достаточными.

    Известкование водоразделов

    Основные принципы проектирования и работы

    Известкование водоразделов состоит из разбрасывания земного известняка сельскохозяйственных культур по всему бассейну или его части для нейтрализации кислотности воды, стекающей с этого водораздела.Добавленный известняк вступает в реакцию с дождевой и талой водой, проходящей через почву, делая ее менее кислой. Менее кислая вода не будет вымывать алюминий из почвы в близлежащие ручьи и не вызовет эпизодов кислотного стока. Дополнительным преимуществом известкования по всему водосбору является повышение продуктивности и улучшение состояния лесов.

    В Соединенных Штатах не существует каких-либо конкретных указаний по известкованию водосборных бассейнов. Высококачественная сельскохозяйственная известь с высоким содержанием CaCO 3 лучше всего подходит для кислотной обработки воды, но для леса лучше всего подходит известь с высоким содержанием магния.Компромисс между ними может быть желателен для большинства приложений. Если планируется применение вертолета, необходимо использовать гранулированную известь. Могут быть указаны меньшие количества из-за более высокой чистоты этого материала. Мы рекомендуем использовать 1 тонну гранулированной извести с высоким содержанием магния на акр. Нанесение на землю с помощью специально сконструированного разбрасывающего оборудования возможно на более ровной местности, при условии, что лесной покров допускает достаточное перемещение разбрасывателя.

    Большинство исследований показали, что известкование водосборов является подходящим подходом к смягчению воздействия на озера.Известкование водоразделов также может использоваться для водотоков, хотя эффект может длиться не так долго.

    Преимущества известкования в водоразделе

    • Эффективная продолжительность больше по сравнению с методами известкования в потоке; в некоторых случаях эффекты длятся от 10 до 20 лет.
    • Меньшее количество алюминия вывозится ручьями. Может образовывать меньше осадков алюминия на дне ручья по сравнению с другими методами известкования.
    • Потенциально улучшились рост, здоровье и общая продуктивность лесов.

    Ограничения известкования водоразделов

    • Намного более высокие краткосрочные затраты, чем метод внутрипоточного известнякового песка.Однако долгосрочная рентабельность, скорее всего, эквивалентна или ниже, чем у других методов.
    • Ограниченный контроль краткосрочных кислотных стоков. Может потребоваться сочетание с другими методами.

    Песок известняковый в потоке

    Основные принципы проектирования и работы

    Песок известняка помещается непосредственно в русло высокоградиентных верхних водотоков. Песок растворяется в толще воды, когда он распространяется вниз по течению в периоды сильного течения (см. Рисунок 2).Растворенный известняковый песок добавляет CaCO 3 , что, в свою очередь, приводит к повышению pH и ANC и снижению концентрации алюминия.

    Куда добавлять известняк, зависит от целей обработки и доступности дороги. Например, самосвал, доставляющий известняковый песок, может весить до 30 тонн, и для него требуются мосты, рассчитанные на такие большие нагрузки. Меньшие грузовики могут использоваться для перевозки известнякового песка в менее доступные районы, а вертолеты могут использоваться для доставки в более отдаленные районы. Где бы ни размещался известняк, на площадке должен быть достаточный поток и градиент потока, чтобы песок неслись вниз по течению.Песок, помещенный в места нереста рыбы, может временно разрушить место нереста.

    Дороги, погода и качество воды определяют время добавления известнякового песка. Например, наличие большей доступности известняка во время весенних паводков может помочь контролировать эпизоды кислотного стока, связанные с водотоками, подверженными воздействию кислотных отложений. Поскольку доступ к удаленным участкам может быть особенно затруднен весной, осенью на участках можно складировать песок для добавления ранней весной. Частота и время добавления известнякового песка могут варьироваться в зависимости от условий потока.

    Тип добавляемого известнякового песка должен быть сельскохозяйственным известняком сорта А с высоким содержанием CaCO 3 и размером песка (средний диаметр около 0,02 дюйма). В большинстве исследований эффективности известнякового песка использовался известняк с содержанием карбоната кальция выше 97 процентов. Используйте известняк с содержанием кальция от 90 до 100 процентов.

    Рис. 2.

    Известняковые песчаные кучи сразу после добавления к истокам подкисленного ручья (обратите внимание на воду на переднем плане).Сваи будут промыты вниз по течению при сильном течении. S.R. ЛеФевр фото.

    Количество добавленного известнякового песка теоретически должно быть достаточным для нейтрализации кислотной нагрузки в потоке. Количество кислотной нагрузки варьируется в зависимости от потока и концентрации ионов водорода в проточной воде. Общий годовой сток в данной точке водосбора зависит от площади водосбора, дренирующейся до этой точки, и годового количества осадков. Были предложены три формулы для расчета количества известнякового песка, необходимого для нейтрализации годовой кислотной нагрузки.Это формулы Западной Вирджинии, Клейтона и Вирджинии.

    Формула Западной Вирджинии — простейший из трех методов, требующий только знания площади водораздела в акрах. Этот метод предполагает, что кислотная нагрузка является следствием кислотного осаждения, и учитывает поток, связывая количество использованной извести с площадью водосбора. В этой формуле подразумевается, что кислотность воды в ручье низкая и относительно постоянная в течение года.

    Формула Западной Вирджинии
    Нанесенный известняковый песок (тонны) = Площадь водораздела (акры) x 0.05 т / акр. В первый год эту сумму следует увеличить вдвое.

    Clayton Formula
    Нанесенный известняковый песок (метрические тонны) = Площадь водораздела в гектарах (1 га = 2,4 акра) x коэффициент дозировки. В первый год эту сумму следует увеличить вдвое.

    Формула Вирджиния (Формула Дауни)
    Нанесенный известняковый песок (тонны) = Площадь водораздела (акры) x D1 (коэффициент дозировки). В первый год эту сумму следует увеличить вдвое.

    Формула Клейтона пытается учесть различную кислотность водотока путем использования pH для расчета коэффициента дозирования.Кислотность и pH воды в ручье для многих различных водосборов были сравнены и использованы для получения зависимости, показанной на Рисунке 3. Количество известняка рассчитывается следующим образом:

    • Определите площадь поверхности водосбора в гектарах.
    • Определите среднегодовое значение pH потока. Это требует мониторинга потока в течение как минимум года перед добавлением известнякового песка и должно включать pH как при высоком, так и при низком расходе потока.
    • Определите коэффициент дозирования. Сначала найдите среднегодовой pH потока в нижней части графика и проведите вертикальную линию, перпендикулярную линии pH, как показано пунктирной линией, обозначенной цифрой 1 на рисунке 3.В точке, где линия 1 пересекает изогнутую линию, проведите горизонтальную линию (линия 2), параллельную горизонтальной линии шкалы pH, пока она не пересечет вертикальную линию шкалы коэффициента дозировки. Считайте коэффициент дозировки, ближайший к этой точке пересечения, всегда выбирая более высокое значение (0,04 в показанном примере).
    • Рассчитайте количество известняка, используя формулу Клейтона, умножив площадь водосбора в гектарах на коэффициент дозировки (0,04) из Рисунка 3, как показано. Пример: Предположим, что площадь водосбора составляет 100 га: Требуемый известняковый песок = 100 (площадь водосбора в гектарах) x 0.04 (коэффициент дозировки). Ответ для этого примера — 4 метрические тонны или 4,4 тонны США (1 метрическая тонна = 1,102 тонны США).

    Формула Вирджинии, также известная как модель дозы известнякового песка Дауни, также изменяет количество добавляемого известнякового песка в зависимости от pH. Однако здесь используется средний весенний pH вместо годового, что является более консервативным, поскольку кислотность ручья как следствие кислотного осаждения всегда самая высокая (самый низкий pH) при высоких расходах.

    • Определите размер водосбора в акрах.
    • Определите средний pH потока при нормальных условиях потока весной путем мониторинга.
    • Оцените D1 (коэффициент дозы), используя рисунок 4, точно так же, как объяснено для использования рисунка 3 в формуле Клейтона. Показанный пример относится к среднему весеннему pH 5,0.
    • Рассчитайте необходимое количество известнякового песка, умножив площадь водосбора перед точкой внесения на коэффициент дозировки. Пример: Предположим, что площадь водосбора составляет 240 акров (100 га): Требуемый известняковый песок = 240 акров x 0.004 = 0,96 тонны США

    Все методы требуют, чтобы при первом нанесении количество вдвое превышало рекомендованное.

    Рис. 3. График коэффициента дозирования по методу Клейтона.

    Рис. 4. График коэффициента дозирования по методу Вирджинии.

    Преимущества известнякового песка

    • Не требует обслуживания, проста и относительно недорога.

    Ограничения известнякового песка

    • Улучшение качества воды может быть непоследовательным.
    • Эти три формулы противоречат друг другу в своих рекомендациях по количеству известнякового песка. Однако pH обрабатываемой воды является важной переменной, которую необходимо учитывать. Более консервативный подход предполагает использование самого низкого измеренного pH для расчета коэффициента дозировки. Это может увеличить выживаемость рыб. Недостаточно информации, чтобы дать четкую рекомендацию относительно наилучшего метода.
    • Эффективность снижается со временем. Известняковый песок необходимо применять повторно, обычно не реже одного раза в год.
    • В случае умеренных и высоких нагрузок алюминием увеличение pH вызовет осаждение алюминия на водоток. Это может изменить состав сообщества донных насекомых в районах ниже по течению вблизи точек попадания песка и может привести к ремобилизации большого количества алюминия в будущих кислых условиях.
    • Доступ к удаленным сайтам может ограничивать использование.

    Известкование водно-болотных угодий

    Основные принципы проектирования и работы

    Известкование водно-болотных угодий включает прямое внесение тонкоизмельченного известняка на заболоченные земли, где он смешивается с верхним слоем почвы.Этот метод очень успешен, когда водно-болотные угодья составляют значительную часть водораздела, особенно в прибрежных (прибрежных) районах.

    Опять же, никаких рекомендаций по известкованию водно-болотных угодий не существует. Используемые количества варьируются от минимум 3,3 тонны на акр и выше. Известняк должен быть мелко измельченным или измельченным и иметь высокое содержание CaCO3 или сельскохозяйственный известняк сорта А. Там, где требуется воздушное внесение, следует использовать гранулированную известь по значительно более высокой цене (до 100 долларов за тонну больше). Следует избегать известняка с магнием.Известкование водно-болотных угодий не нужно повторять так часто, как известняковый песок в русле реки, хотя время может меняться. Программа мониторинга может помочь определить, нужно ли добавлять больше известняка.

    Преимущества известкования водно-болотных угодий

    • Меньшая площадь для известкования, чем весь водораздел, с большей эффективностью, как сообщается.
    • Эффективная продолжительность больше, чем у известнякового песка в потоке.

    Ограничения известкования водно-болотных угодий

    • Не так эффективен при низком расходе на хронически закисленных водосборах.
    • Гранулированная известь может потребоваться по более высоким ценам.
    • Применение по воздуху или по морю может потребоваться за дополнительную плату.

    Перекачивание щелочных грунтовых вод

    Основные принципы проектирования и работы

    Подземные воды, ранее хранившиеся в известняке или известняковом сланце, являются основным источником щелочности для многих верхних водотоков в Пенсильвании. Мы можем использовать это естественное состояние, закачивая щелочные грунтовые воды прямо в потоки из нижележащих водоносных горизонтов.На сегодняшний день откачка подземных вод использовалась только в Пенсильвании на периодически подкисляемых ручьях для восстановления сезонного промысла форели по принципу «положил и забери».

    Для этого метода требуется источник грунтовых вод, способный давать значительное количество щелочной воды, колодец и насос, а также источник энергии для работы насоса. Гидрогеолог, имеющий опыт определения местоположения водяных скважин по следам трещин, должен быть привлечен для определения местоположения скважин для получения максимального дебита, и необходимо получить как можно больше информации о ANC местных подземных вод, а также объеме и кислотности потока, подлежащего обработке.Затраты на установку при наличии электроэнергии на буровой площадке составляют от 5000 до 7000 долларов на скважину. Эксплуатационные расходы, предполагающие постоянную перекачку, составляют около 300 долларов в месяц для насоса, способного подавать 125 галлонов воды в минуту (галлонов в минуту).

    Преимущества откачиваемых подземных вод

    • Срок службы системы равен устойчивости источника подземных вод.
    • Относительно просто.
    • Скромные эксплуатационные расходы.
    • Операция может быть полностью автоматизирована.

    Ограничения откачиваемых подземных вод

    • Требуется надежный источник щелочных грунтовых вод.
    • Требует электроснабжения и обслуживания линий электропередачи.
    • Осаждение алюминия может быть проблемой на выходе из скважины.
    • Требуется площадка, доступная для буровых установок.
    • Скважины должен размещать гидрогеолог, имеющий опыт картирования следов трещин.

    Известняковые отводящие скважины

    Основные принципы проектирования и работа

    Отводящие скважины используются для повышения щелочности и pH в потоках, подверженных кислотным отложениям и кислотному дренажу шахт.Водоотводный колодец представляет собой бетонную круглую обсадную трубу, которая напоминает неглубокий колодец большого диаметра, погруженный в землю рядом с ручьем. Чтобы протолкнуть воду через колодец, вверх по течению от колодца сооружается небольшая водозаборная дамба, чтобы создать перепад высот между колодцем и водозабором от 8 футов до 13 футов (от 2,5 м до 4 м). Вода поступает через водозаборную трубу диаметром 8–12 дюймов (20–30 см) у плотины и направляется вниз по течению к колодцу. Вода выходит из трубы в нескольких дюймах от дна колодца и течет вверх, псевдоожижая или взвешивая известняк, прежде чем выйдет через переливную трубу обратно в поток.Псевдоожиженный слой известняка растворяется и медленно добавляется в поток. Взвешенные частицы размером с гравий размалываются друг о друга, улучшая их растворимость за счет сохранения свежих реакционных поверхностей. (См. Рис. 5.)

    Известняковый гравий должен иметь диаметр от 0,8 до 1,2 дюйма и содержание кальция более 85 процентов. Колодцы должны быть заполнены известняком примерно на 2/3 их глубины. Обычно в колодце достаточно известняка, чтобы прослужить 1-2 недели.

    Скважины для отвода известняка могут обрабатывать ручьи с относительно небольшими потоками.В периоды низкого расхода вся вода будет отводиться через скважину для поддержания псевдоожиженного слоя, в то время как при более высоком расходе скважина принимает только часть общего потока потока. По этой причине наибольший рост pH происходит при минимальном расходе. При необходимости в системе водотока может быть построено более одной отводной скважины для обеспечения адекватной нейтрализации кислоты. Спецификации строительства скважины можно найти в Arnold and Gray (1998). Приблизительные затраты типичной гражданской организации, использующей бесплатную рабочую силу, составляют от 5000 до 6000 долларов на установку и 1000 долларов в год на расходные материалы и обслуживание.

    Преимущества скважин отвода известняка

    • Типичное увеличение pH составляет от ½ до 2 единиц во время средних потоков.
    • Повышение АНК и снижение концентрации металлов. Быстрый взгляд на результаты из 13 водозаборных скважин в Пенсильвании показал, что увеличение АНК колебалось от 0 до 75 миллиграммов на литр, в среднем около 4 миллиграммов на литр. И алюминий, и железо снизились с 2 процентов до 56 процентов.
    • Для повышения эффективности можно установить несколько отводных колодцев.

    Ограничения для скважин отвода известняка

    • Алюминий и другие металлы могут выпадать в осадок в принимающем потоке.
    • Обрабатывает небольшие потоки. С большей вероятностью произойдет сбой на ручьях, где режим потока сильно различается.
    • Требуется техническое обслуживание от 1 до 2 недель; засыпка колодца известняком и очистка приемника от мусора.
    • Периодически может потребоваться ремонт воздухозаборника из-за большого расхода.
    • Нужен хороший доступ для доставки известняка.

    Рисунок 5.Диаграмма поперечного сечения известняковой отводной скважины.

    Дренажные канавы из аноксичного известняка (ALD)

    Основные принципы проектирования и эксплуатации

    Дренажные канавы из бескислородного известняка (ALD) представляют собой заглубленные траншеи из известняка, которые принимают кислый дренаж шахт и преобразуют чистую кислотную воду в чистую щелочную воду в условиях бескислородной (без кислорода) условия. Бескислородная среда препятствует тому, чтобы известняк покрылся или бронировался металлами, что обычно происходит при наличии кислорода. Известняк, покрытый металлами, не растворяется; следовательно, он не нейтрализует кислотность.Чистый щелочной дренаж может затем выйти из ALD и попасть в построенное водно-болотное угодье или отстойный пруд, где металлы будут окисляться и оседать на дно пруда.

    ALD состоит из траншеи, облицованной пластиком, заполненной кусками известняка размером с бейсбольный мяч и погребенной под несколькими футами глины (см. Рисунок 6). Траншея должна быть постоянно затоплена водой и задерживать шахтную воду с низким содержанием растворенного кислорода. Обычно вода, задерживаемая прямо из шахты, имеет низкое содержание растворенного кислорода.Однако некоторые выбросы из глубоких шахт могут содержать большое количество растворенного кислорода из-за условий внутри шахты. ALD не подходит для лечения таких разрядов.

    Максимальная щелочность, производимая ALD, составляет от 275 до 300 мг / л CaCO 3 . Размер дренажа определяется с использованием этой теоретической максимальной щелочности в сочетании с предполагаемой скоростью потока через ALD и кислотной нагрузкой дренажа.

    Срок службы этой системы зависит от скорости растворения известняка, но может быть намного меньше из-за известняковой брони или других эксплуатационных трудностей.

    Опыт показал, что ALD наиболее эффективны при очистке воды со следующими качествами:

    • Чистая кислая: менее 300 мг / л
    • pH менее 6
    • Очень низкие концентрации алюминия (Al) и трехвалентного железа ( Fe 3+ ): Al менее 1 мг / л, Fe 3+ менее 1 мг / л
    • Умеренные концентрации железа в двухвалентной форме: Fe 2+ может быть более 20 мг / л
    • Кислород с очень низким содержанием растворенного вещества: DO менее 1 мг / л

    Преимущества бескислородных дренажных труб из известняка

    • Эффективный метод нейтрализации кислой AMD.
    • Повышает эффективность других видов лечения. Например, канализационные дренажные системы из бескислородного известняка используются для предварительной обработки AMD перед попаданием в систему влажных земель. ALD также можно использовать в качестве системы доочистки для повышения щелочности.
    • Значительно уменьшить размер обрабатываемой области.

    Ограничения для дренажей аноксичного известняка

    • Регулируемый выход щелочности.
    • pH сточных вод трудно поддерживать в течение долгого времени.
    • Очищаемые сточные воды ограничены низкими концентрациями окисленных металлов (алюминия и двухвалентного железа) и низкими концентрациями растворенного кислорода.

    Рис. 6. Поперечное сечение дренажа из бескислородного известняка.

    Категория II

    Следующие методы в основном использовались для обработки кислых шахтных дренажей. Некоторые из этих систем могут быть подходящими для потоков, пострадавших от кислотных дождей, в зависимости от соотношения затрат и выгод по сравнению с предыдущими методами. Основное различие между следующими системами заключается в том, что каждая из них разработана так, чтобы быть наиболее эффективной при различных наборах параметров качества воды.Определить стоимость любой из этих систем, учитывая различия в характеристиках площадок и тот факт, что многие проекты представляют собой комбинацию различных методов, сложно. Однако список недавних проектов (см. Приложение C), поддержанных Бюро мелиорации заброшенных шахт Пенсильвании, показал, что их общая стоимость варьируется от 166 000 до 1 миллиона долларов.

    Аэробные водно-болотные угодья

    Основные принципы проектирования и эксплуатации

    Аэробные водно-болотные угодья используются для очистки шахтного дренажа, который является чистым щелочным и содержит низкие или умеренные концентрации металлов (железа, алюминия и марганца).Цель аэробных заболоченных земель — аэрировать воду и удалять железо, алюминий и марганец путем окисления и гидролиза. Хотя размеры могут варьироваться, конструкция аэробного заболоченного участка состоит из от 1 до 3 дюймов стоячей воды на поверхности от 1 до 3 футов непроницаемого субстрата, такого как глина. Водно-болотные угодья измеряются в акрах или квадратных метрах, а их общий размер зависит от концентрации железа, алюминия и марганца в поступающей воде (см. Рисунок 7).

    Растения водно-болотных угодий помогают обеспечить более равномерный поток и вносят органический материал.Растения должны быть местными для данного региона и выбираться с учетом их способности переносить качество поступающей воды. Обычно используемые виды включают рогоз (Typha) и камыш (Juncus). Однако более разнообразный видовой состав обычно улучшает здоровье водно-болотных угодий.

    Аэробные водно-болотные угодья обрабатывают приток кислого дренажа шахт, который соответствует следующим критериям:

    • pH больше 5,5
    • Чистая щелочь. Может обрабатывать воду с кислотностью менее 100 мг / л, но обычно имеет более низкую скорость удаления железа и не удаляет марганец.
    • Концентрация металлов от низкой до средней. До 50 мг / л железа и 15 мг / л марганца.
    • Расход от низкого до среднего, если площадь, доступная для водно-болотных угодий, ограничивает размер водно-болотных угодий.

    Преимущества аэробных водно-болотных угодий

    • Относительно недорогие — оценочные затраты от примерно 10 долларов за квадратный ярд без растений до 30 долларов за квадратный ярд с растениями.
    • Более низкие затраты на техническое обслуживание, чем у активных систем очистки.

    Ограничения аэробных водно-болотных угодий

    • Ограничения по металлической нагрузке 0.От 00042 до 0,00084 фунтов на квадратный фут в день (10–20 граммов на квадратный метр в день) для железа и 0,000084 фунтов на квадратный фут в день (2 грамма на квадратный метр в день) для марганца. Эти скорости удаления металла приведены для концентраций, перечисленных ранее при pH более 8,0. Эффективность удаления металлов варьируется, поскольку pH редко бывает постоянным.
    • pH снижается по мере удаления металлов.
    • Требуемая земельная площадь должна быть достаточно большой.
    • Ограниченный срок полезного использования. Подложка пропитывается металлами, и ее необходимо пополнить или заменить.Большинство из них построено в течение 15-25 лет.

    Рис. 7. Поперечное сечение аэробного болота.

    Анаэробные водно-болотные угодья

    Основные принципы проектирования и эксплуатации

    Анаэробные (или бескислородные) водно-болотные угодья повышают щелочность, повышают pH и способствуют удалению металлов. Они похожи на аэробные водно-болотные угодья, но имеют толстый, проницаемый, органический субстрат, который либо смешан с известняком, либо помещен на слой известняка. Комбинация органического субстрата и известняка удаляет металлы и увеличивает щелочность.Органический субстрат удерживает воду, движущуюся по системе, свободной от кислорода, так что ионы металлов в дренажной системе кислой шахты остаются в восстановленном состоянии. Это предотвращает покрытие или броню из известняка.

    Анаэробные водно-болотные угодья состоят из 1–3 дюймов воды поверх субстрата толщиной 2–3 фута. Шахтная вода движется горизонтально через слои субстрата от точки входа до точки выхода. Органический субстрат имеет толщину примерно от 1 до 2 футов со слоем известняка 0.Толщина от 5 до 1 фута (см. Рисунок 8). Наиболее распространенным типом субстрата является компост из грибов в сочетании с известняком, хотя подойдет любой компост с высоким содержанием органических веществ. Можно использовать растения водно-болотных угодий, поскольку они стимулируют микробные процессы; однако они могут не выжить в очень кислой среде.

    Размер водно-болотных угодий зависит от кислотности поступающей воды и концентрации металлов. Стандартный размер водно-болотных угодий, установленный Горным бюро США, основан на удалении 0,01 фунта (5 граммов) кислотности, 0.02 фунта (10 граммов) железа и 0,001 фунта (0,5 грамма) марганца на квадратный ярд в день. Однако, если анаэробное водно-болотное угодье используется в сочетании с другими методами, такими как дренаж бескислородного известняка, возможно удаление 0,044 фунта (20 граммов) железа на квадратный ярд. Анаэробные водно-болотные угодья обрабатывают кислый сток шахтного дренажа, который соответствует следующим критериям:

    • Чистый кислый. Обычно можно лечить уровни кислотности в диапазоне 300–500 мг / л.
    • Уровни трехвалентного и двухвалентного железа от умеренного до высокого (Fe 3+ / Fe 2+ больше 0.25 мг / л), алюминий, растворенный кислород (более 5 мг / л)
    • Скорость потока от низкой до умеренной.
    • Нижний предел pH около 4,0.

    Преимущества анаэробных водно-болотных угодий

    • Нейтрализует большую часть кислотности в пределах заданных параметров и снижает концентрацию тяжелых металлов.
    • Анаэробные водно-болотные угодья могут использоваться последовательно или в сочетании с другими типами систем очистки для повышения эффективности.

    Рис. 8. Поперечное сечение анаэробного водно-болотного угодья.

    Ограничения анаэробных водно-болотных угодий

    • Непостоянные скорости удаления металлов, особенно при более высоких концентрациях металлов.
    • Требуются большие размеры, чем аэробные болота.
    • Ограниченный срок полезного использования. Подложка пропитывается металлами, и ее необходимо пополнить или заменить. Большинство из них построены с расчетным сроком службы от 15 до 20 лет.

    Системы последовательного повышения щелочности (SAPS)

    Основные принципы проектирования и работы

    Принцип, лежащий в основе систем последовательного повышения щелочности (SAPS), заключается в объединении преимуществ бескислородных дренажных систем из известняка и анаэробных водно-болотных угодий.В какой-то момент SAPS представляла один тип системы. Сегодня этот термин является более общим и может относиться ко многим схожим типам систем, таким как водно-болотные угодья с вертикальным потоком, пруды с вертикальным потоком и реакторы с вертикальным потоком. Базовые SAPS выглядят как анаэробные заболоченные земли, построенные поверх известняковых дренажных пластов. Вода течет вертикально через заболоченное место и слой бескислородного известняка в русло нижележащих дренажных труб, которые направляют ее в отстойник или аэробное заболоченное место (см. Рисунок 9).

    SAPS преодолевает ограничения, которые имеют анаэробные водно-болотные угодья и ALD при использовании по отдельности. SAPS предназначены для очистки воды с содержанием растворенного кислорода от 2 до 5 мг / л и средними и высокими концентрациями металлов. Вертикальный сквозной поток увеличивает время контакта между поступающим потоком и субстратом компоста, что создает бескислородные условия. Попадая в известняк, вода имеет более низкое содержание растворенного кислорода, металлы в основном в восстановленной форме и более высокую щелочность. В этот момент известняк растворяется и в дальнейшем увеличивает щелочность.Часто отмечаемым ограничением этой конструкции является то, что трехвалентное железо может прилипать к известняку или забивать дренажные трубы. Алюминий также вымывается из системы, если сточные воды имеют высокие концентрации алюминия. В большинстве конструкций предусмотрена система промывки для удаления скоплений металла из труб и известняка.

    Размер основан на времени удержания воды и скорости удаления кислоты. Исследования показали, что приблизительно 0,066 фунта (30 граммов) кислоты можно удалить на каждый квадратный ярд в день, что составляет около 270 фунтов кислотности на акр в год.

    SAPS может обрабатывать воду, качество которой соответствует следующим критериям:

    • Чистая кислая. Обычно может применяться при максимальном уровне кислотности от 300 до 500 миллиграммов на литр.
    • Уровни трехвалентного и двухвалентного железа от умеренного до высокого (Fe 3+ / Fe 2+ более 0,25 мг / л), алюминия, растворенного кислорода (более 5 мг / л)
    • Скорость потока от низкой до умеренной (менее 0,12 кубических футов в секунду), где пространство ограничивает размер SAPS.

    Преимущества водно-болотных угодий с вертикальным потоком

    • Площадь, необходимая для SAPS, относительно мала.
    • Обработка воды более низкого качества по сравнению с другими системами.

    Ограничения водно-болотных угодий с вертикальным потоком

    • Дренажная система ограничена высокими концентрациями алюминия и трехвалентного железа.
    • Неприятный запах (сероводород) в непосредственной близости от системы.

    Рис. 9. Поперечное сечение водно-болотного угодья с вертикальным потоком.

    Заключение

    Методы, включенные в эту публикацию, могут смягчить последствия кислотных отложений и кислотного дренажа шахт, но предотвращение этих типов проблем с качеством воды остается наивысшим приоритетом.Может потребоваться сочетание нескольких применений этих систем, прежде чем будут достигнуты какие-либо выгоды на уровне водораздела. Имеется мало информации об успехе этих систем в восстановлении рыб и других водных организмов в кислой воде. Повышенное внимание к объективному мониторингу биологических преимуществ этих систем могло бы помочь в оценке ценности пассивных систем кислотной очистки воды. Другие источники помощи доступны в Бюро мелиорации заброшенных шахт DEP Пенсильвании, Коалиции Восточной Пенсильвании по рекультивации заброшенных шахт, Коалиции Западной Пенсильвании по рекультивации заброшенных шахт и в офисах округа Пенсильвании по восстановлению и сохранению заброшенных шахт, расположенных в каждом округе Содружества.

    Приложение A

    Глоссарий

    Эпизод кислотного стока: Химически выражается как АНК, меньшая или равная 0 мкэкв / л. Происходит, когда способность нейтрализации кислоты равна или меньше нуля после увеличения потока. Для естественных водотоков эпизод кислотного стока означает, что поток является чистым кислотным и не может нейтрализовать дополнительную кислотность.

    Кислотность: Измеряет способность воды поглощать щелочность, обычно выражается в эквиваленте CaCO3 в мг / л.

    Аэробный: В присутствии кислорода.
    Щелочность: Измеряет способность воды нейтрализовать кислотность, обычно выражается в эквиваленте CaCO3 в мг / л.

    Анаэробный: В отсутствие кислорода.

    Кислотно-нейтрализующая способность (ANC): Химически выражается как: ANC = [HCO3-] + 2 [CO32-] + [другие акцепторы протонов] — [доноры протонов] (мкэкв / л). Учитывает все основные катионы и анионы, которые могут действовать как буферы, и полезен в ручьях, где нет основных источников минеральной кислотности, таких как железо в кислых шахтах.

    Бактериальное восстановление сульфата: Процесс, обеспечивающий щелочность. Определенные виды бактерий — Desulfo-vibrio и Desulfoto-maculum — используют органический субстрат в анаэробных болотах в качестве источника энергии и превращают сульфат в сероводород. Побочным продуктом этой реакции является бикарбонатная щелочность.

    Буфер: Тип вещества, способного нейтрализовать как кислоты, так и основания, но обычно рассматривается как предотвращение снижения pH за счет нейтрализации кислот, введенных в воду.

    Гидролиз: Реакция, при которой молекула воды расщепляется с образованием новых соединений.

    Ион: Заряженная частица. Вода, естественно, содержит растворенные ионы. Катионы имеют положительный заряд (+), а анионы — отрицательный заряд (-). Относительные комбинации этих ионов могут изменить pH.

    Окисление: Процесс, при котором ион, подобно железу, реагирует с кислородом и приобретает электроны, как в двухвалентном железе (Fe2 +), которое окисляется до трехвалентного железа (Fe3 +)

    pH: Химически выражается как pH = -logbase10 ( H +) и представляет собой шкалу от нуля до четырнадцати, которая измеряет концентрацию ионов водорода в воде и других жидких веществах.pH 7 является нейтральным, pH 6 в десять раз более кислым, чем pH 7, а pH 8 в 10 раз более щелочным, чем pH 7.

    Система последовательного производства щелочности (SAPS): Тип системы пассивной очистки кислых шахтных дренажных систем, также известные как водно-болотные угодья с вертикальным потоком (VFW), реакторы с вертикальным потоком (VFR) и пруды с вертикальным потоком (VFP).

    Растворимый: Описывает степень растворения вещества в воде. Когда растворимость вещества увеличивается, больше этого вещества растворяется в воде.При более низком pH растворимость металлов увеличивается, что приводит к потенциальному увеличению концентрации металлов в воде.

    Приложение B

    Руководство по определению системы очистки

    Этот загружаемый семинар и блок-схема помогут вам выбрать подходящую систему очистки в зависимости от химического состава и физических параметров воды в потоке.

    Приложение C

    Сравнение затрат

    Стоимость трудно определить из-за большого разнообразия характеристик площадки, отсутствия данных и других факторов.В следующих таблицах представлен диапазон ожидаемых затрат, и они предназначены только для сравнения.

    Таблица 1. Сравнение затрат на методы лечения I категории.

    Скважина
    Метод Приблизительная стоимость
    Известкование водораздела *
    Известняк в потоке *
    Известняк 9044 9044 9044 9044
    Установка 5 000–7 000 долларов США; 300 долларов США в месяц (затраты на рабочую силу не требуются)
    Известняковая отводящая скважина Установка 5000–6000 долларов США; Ежегодные эксплуатационные расходы в размере 1000 долларов США
    Дренаж аноксичного известняка См. Ниже

    * Затраты зависят от количества необходимого известняка и способа транспортировки.Средняя стоимость доставки известняка на объекты в Пенсильвании варьируется от 25 до 75 долларов за тонну.

    Таблица 2. Сравнение затрат на проекты по очистке кислых стоков шахт пассивными методами очистки.

    904 50 925 ) 32 329 925
    Участок Тип системы Конечная стоимость Влияние железа или кислоты (тонны / год) Приблизительная стоимость тонны обработанного кислотой или железом
    Щелочной разряд
    Монастырский забег Аэробные водно-болотные угодья 539000 долларов 109 (железо) 198 долларов.53
    Танома Юг Аэробные водно-болотные угодья 359000 долл. США 65,8 (железо) 218,23 долл. США
    Кислотная нагрузка <100 т / год $ 575,000 81 (кислота) $ 283,60
    Средняя ветвь SAPS na 82 (кислота) $ 142,25
    Roaring Run SAPS 60932650 369 $.54
    Bellwood ALD + SAPS na 29 (кислота) $ 386,46
    Glen White ALD + (2) SAPS na 925 69 (кислота)
    Огурец ALD $ 166,000 40 (кислота) $ 210,20
    Кислотная нагрузка> 100 тонн / год
    9044 на 110 (кислота) 125 $.81
    Oven Run SAPS $ 1 102 000 422 (кислота) $ 130,56
    Schrader Creek (2) SAPS $ 1,266,000 256 (кислота)

    Источник: Памела Милавек, Департамент охраны окружающей среды Пенсильвании, Бюро рекультивации заброшенных шахт.

    Цитированная литература

    Аппельберг, М. и Т. Свенсоны. 2001. Долгосрочные экологические последствия известкования — Программа Iselaw. Загрязнение воды, воздуха и почвы .
    130: 1745–1750.

    Арнольд Д. Э. и М. Дж. Грей. 1998. Оперативная и биологическая оценка очистки кислых шахтных дренажных вод в ручьях с помощью отводных колодцев из известняковых пластов. Безлимитная форель . Арлингтон, Вирджиния.

    Браун Д. А. 1988. Лох-флот и другие программы известкования водосбора. Загрязнение воды, воздуха и почвы . 41: 409–415.

    Clayton, J. L., E. S. Dannaway, R. Menendez, H. W. Rauch, J.Дж. Рентон, С. М. Шерлок и П. Э. Зурбах. 1998. Применение известняка для восстановления рыбных сообществ в закисленных ручьях. Североамериканский журнал управления рыболовством 18: 347–360.

    Gagen, C.J., W.E. Sharpe, D.R.DeWalle и W.G. Kimmel. 1989. Перекачивание щелочных грунтовых вод для восстановления промысла форели по принципу «положил и забери» в потоке, подкисленном атмосферными выпадениями. Североамериканский журнал управления рыболовством. 9: 92–100.

    Ганн, Дж., Р. Сейн, Б.Келлер и П. Беккет. 2001. Известкование водосборов, загрязненных кислотами и металлами, для улучшения качества дренажных вод. Загрязнение воды, воздуха и почвы. 130: 1439–1444.

    Hedin, R. S. и R. W. Nairn. 1992. Проектирование и расчет систем пассивной очистки шахтных стоков. В: 13-й ежегодный симпозиум целевой группы по дренажу поверхностных шахт Западной Вирджинии.

    Hedin, R. S., R. W. Nairn и R. L. P. Kleinman. 1994. Пассивная очистка дренажа угольных шахт. Информационный циркуляр 9389 Бюро горнодобывающей промышленности.Горное управление США, Питтсбург, Пенсильвания.

    Helfrich, L.A., J. Parkhurst, R. Neeves. Известкование закисленных озер и прудов. Сентябрь 2001 г. Февраль 2002 г.

    Департамент охраны окружающей среды Пенсильвании. Наука кислотного дренажа шахт и пассивного лечения. 4 апреля 2001 г. июль 2001 г.

    Порселла, Д. Б., К. Т. Дрисколл, К. Л. Скофилд и Р. М. Ньютон. 1995. Стратегии нейтрализации озер и водосборов. Загрязнение воды, воздуха и почвы . 85: 889–894.

    Skousen, J. Обзор пассивных систем для очистки кислотных дренажных систем. Июль 2001.

    Вейгманн, Д. Л., Л. А. Хельфрих и Д. М. Дауни. 1993. Руководство по известкованию закисленных водотоков и рек. Исследовательский центр водных ресурсов Вирджинии, Технологический институт Вирджинии, Блэксбург, Вирджиния 24060.

    Отдел природных ресурсов Западной Вирджинии. 1996 г. Обработка водотоков, затронутых кислотными отложениями, в потоке известнякового песка (ILS). Секция ресурсов дикой природы. Элкинс, Западная Вирджиния.

    Выражение признательности

    Финансирование данной публикации было предоставлено Министерством внутренних дел США, Геологической службой США через Исследовательский центр водных ресурсов Пенсильвании. Дополнительную поддержку г-же Шмидт оказал Центр управления водоразделом Университета Пенсильвании. Мы также выражаем признательность за отзывы Памелы Милавек, Департамент охраны окружающей среды Пенсильвании, и Брайана Суистока.

    Подготовлено Кэтрин Л. Шмидт, ассистентом дипломированного специалиста по лесным ресурсам, и Уильямом Э.Шарп, профессор лесной гидрологии.

    Применение технологий WEPP к западным щелочным угольным шахтам

    Лесная служба США
    Уход за землей и обслуживание людей

    Министерство сельского хозяйства США


    1. Применение технологий WEPP к западным щелочным угольным шахтам

      Автор (ы): J. Q. Wu; С. Дун; Х. Ри; X. Лю; W. J. Elliot ; Т. Гольнар; Дж. Р. Франкенбергер; Д.К. Фланаган; П. В. Конрад; Р. Л. Макнирни
      Дата: 2011
      Источник: Документ ISELE № 11086. Доклад, представленный на международном симпозиуме по эрозии и эволюции ландшафта; 18-21 сентября 2011 г .; Анкоридж, AK. 8 шт.
      Серия публикаций: Статья (приглашена, предлагается, основной доклад)
      Станция: Исследовательская станция Скалистых гор
      PDF: Скачать публикацию (38,85 КБ)

      Описание Одним из аспектов планирования открытых горных работ, регулируемого Национальной системой ликвидации выбросов загрязняющих веществ (NPDES), является оценка потенциального воздействия на окружающую среду во время горных работ и последующего периода рекультивации.Инструменты практического компьютерного моделирования эффективны для оценки планов по контролю наносов и рекультивации для конкретного участка для NPDES. Целью этого исследования было применение модели WEPP (Проект прогнозирования водной эрозии) Министерства сельского хозяйства США для оценки совокупных гидрологических реакций водосборных бассейнов и пространственного изменения отслоения и осаждения почвы под влиянием сложной топографии и пространственного распределения передовых методов управления (BMP) для эрозии. контроль на Западных щелочных угольных шахтах. Нашими конкретными целями были (1) сбор и компиляция входных данных WEPP для управления климатом, топографией, почвой и земельными ресурсами для описания условий добычи, и (2) разработка шаблонов для борьбы с эрозией ЛМУ (восстановление растительного покрова, отстойник и иловая заграждение).

      Примечания к публикации
      • Вы можете отправить электронное письмо по адресу [email protected], чтобы запросить печатную копию этой публикации.
      • (Пожалуйста, укажите именно , какую публикацию вы запрашиваете, и свой почтовый адрес.)
      • Мы рекомендуем вам также распечатать эту страницу и прикрепить ее к распечатке статьи, чтобы сохранить полную информацию о цитировании.
      • Эта статья была написана и подготовлена ​​государственными служащими США в официальное время и поэтому находится в открытом доступе.

      Цитирование Wu, J. Q .; Dun, S .; Rhee, H .; Лю, X .; Elliot, W. J .; Golnar, T .; Frankenberger, J. R .; Flanagan, D.C .; Конрад, П. У .; МакНирни, Р. Л. 2011. Применение технологий WEPP к западным щелочным угольным шахтам. Документ ISELE № 11086. Документ, представленный на международном симпозиуме по эрозии и эволюции ландшафта; 18-21 сентября 2011 г .; Анкоридж, AK. 8 шт.

      Ключевые слова угольная шахта на поверхности, водная эрозия, гидрологическое моделирование, WEPP

      Связанный поиск
      XML: Просмотр XML

    Показать больше

    Показать меньше

    https: // www.

    Щелочные мин воды: Какая вода щелочная

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.