Для правильного применения различных методов уничтожения водной растительности необходимо учитывать ее виды, биологические особенности и факторы, способствующие развитию этой растительности.
Все растения в водохранилищах-охладителях можно разделить на две группы - высшие водные растения и низшие водные растения.
Под высшей водной растительностью подразумеваются растения, обитающие в воде и на заболоченных и влажных местах. Общим характерным признаком этих растений является листо-стебельное строение. К высшим водным растениям относятся семенные или цветковые - камыш, рогоз, тростник, кубышка, кувшинка, стрелолист, рдесты, роголистник, уруть и др. Кроме того, к этой группе относятся представители высших споровых растений - зеленые мхи (мох фонтиналис и др.) и папоротникообразные (водяной хвощ, водяной папоротник, сальвиния и др.).
Большинство высших водных растений имеет корневую систему и прикрепляется к грунту: грунт служит таким растениям частично поставщиком питательных веществ (минеральных солей), в основном же используется для прикрепления.
Наряду е этим, в прудах в незначительном количестве встречаются растения, которые не имеют корней и не прикрепляются к грунту, а ведут плавающий или планктонный образ жизни. Такие растения развиваются преимущественно в защищенных от волнения местах (заливах, поймах и пр.), что препятствует их распространению.
Различная глубина, сила света, степень волнения в водохранилищах, а также неоднородность других экологических факторов литорали и пелагиали приводят к различию видов растительности, описанных ниже.
Надводные растения. К этой группе относятся растения, имеющие надводные стебли и листья, с помощью которых они используют для своего развития воздух и солнечный свет. В связи с тем, что растения этой группы подвергаются действию ветров, у них развилась мощная, уходящая глубоко в грунт корневая система и упругие, а у некоторых видов гибкие и эластичные стебли. В эту группу входят растения, развивающиеся как на мелководных заболоченных участках, так и на сравнительно глубоких местах. К ним относятся рогозы, которые развиваются преимущественно на глубине 0, 5-1, 0 м; тростник обыкновенный, произрастающий на глубине от 0, 5 м и менее до 2 м и, как исключение, встречающийся на глубине 2, 5-3 м; камыш озерный и ряд других растений (приложение I). Растения этой группы за вегетационный период дают очень большой прирост растительной массы, достигающий нескольких десятков тонн сухого органического вещества на 1 га. Грунты в таких зарослях илистые, илисто-песчаные и илисто-глинистые. В водохранилищах, подверженных подтеку сточных вод, грунт часто бывает илистый, черно-серый и даже с неприятным запахом.
Погруженные растения. Эти растения характерны тем, что находятся под водой. Часть из них выдвигает из воды цветы для опыления. Другая часть, например роголистник, весь цикл развития проводит под водой.
Погруженные растения часто образуют в водохранилищах-охладителях сплошные заросли, причем предел распространения их определяется глубинами до 3 м и более, в зависимости от прозрачности воды и количества света, проникающего через ее толщу. Эта группа растений включает в себя почти все виды рдестов, уруть, роголистник и др. (см. приложение I).
Растения с плавающими листьями. Эта группа охватывает растения, располагающие на поверхности воды листья, на верхней стороне которых имеются устьица; при помощи устьиц воздух поступает для питания. Растения 1-ой группы (см.приложение I) выделяются среди других растений, особенно во время цветения кувшинок и кубышек; распространены они обычно от самого берега до глубины 2, 5-3 м.
Низшие водные растения характеризуются отсутствием дифференциации тела на сложные органы - стебель, листья и корни и представляют собой слоевища, иначе называемые талломом.
Все низшие растения можно разделить на организмы, лишенные хлорофилла и хлорофиллоносные. Так, бактерии и грибы лишены хлорофилла, а водоросли являются хлорофиллоносными растениями, лишайники же представляют собой симбиоз двух организмов - грибов и водорослей.
Низшие растения требуют определенных сочетаний физико-химических и биологических условий внешней среды и связаны с определенным местообитанием. По своему образу жизни низшие растения можно разделить на планктонные и перифитонные организмы. Первые из них ведут свободноплавающий образ жизни и более или менее пассивно переносятся вместе с водой, следуя движению волн и течения. Совокупность растительных, организмов в планктоне называют фотопланктоном, преимущественно включающим водоросли и частично бактерии и грибы. При сильном загрязнении воды бактерии могут встречаться в очень больших количествах. Низшие водные растения, прикрепленные или ведущие в основном сидячий образ жизни, называются перифитонными; эти организмы поселяются на дне водоемов, а также на различных предметах, погруженных в воду (сваях, камнях, тросах, корягах, высших растениях и т.д.).
В приводимой ниже характеристике групп низших растений будут выделены лишь те представители водорослей, бактерий и грибов, которые вызывают затруднения технического водоснабжения при эксплуатации тепловых электростанций.
Зеленые водоросли. Эта группа организмов характеризуется зеленым цветом благодаря наличию в клетках большого количества хлорофилла. По строению таллома зеленые водоросли очень разнообразны:
встречаются одноклеточные организмы (хламидомонада и др.), колониальные формы (эвдорина, вольвокс и др..), многоклеточные организмы (кадофора, спирогира и др.) (приложение 2).
Представители этой группы водорослей обладают четко выраженной оболочкой, ядром (реке несколькими ядрами), хроматофорами, т.е. их клетки имеют типичное строение, как и у вышестоящих зеленых растений.
В теплое время года и при наличии питательных веществ представители этой группы интенсивно развиваются. Так, отдельные особи (хламидомонада, эвглена) могут вызывать "цветение" воды, а нитчатые формы, такие как кладофора, спирогира, стигеоклониум, обуславливают сильное обрастание литоральных районов водохранилищ. Они развиваются также в зарослях высшей водной растительности, на пиях, корягах, и других предметах, погруженных в воду. В ветреную погоду, при волнении воды, эти водоросли отрываются и потоком воды переносятся к водозаборным сооружениям, забивая решетки и сетки водозаборов, что иногда приводит к авариям на электростанциях.
Диатомовые водоросли. Представителей группы диатомовых можно найти всюду как во взвешенном состоянии в толще воды, так и в иле, на камнях, сваях и т.д, В состав группы входят планктонные и перифитонные организмы. По строению тела они бывают одноклеточными (циклетелла и др.) и колониальными (мелозира, табеллярия и др.); отличаются от других водорослей своеобразными оболочками, пропитанными кремнеземом и представляющими как бы стеклянные "домики" сложного строения (см. приложение 2); окрашены в желто-бурый цвет. Отдельные особи этой группы (мелозира, астерионелла и др.) преимущественно в осеннее время могут развиваться в массовом количестве.
Сине-зеленые водоросли. Представители этой группы не требовательны к условиям существования и поэтому развиваются повсеместно, где другие водоросли встречаются в ничтожном количестве или отсутствуют совсем. Цвет клеток особей этой группы преимущественно сине-зеленый. По своему внешнему облику они напоминают зеленые водоросли. Среди них также встречаются одноклеточные, многоклеточные и колониальные формы, в водохранилищах-охладителях чаще всего встречаются представители сине-зеленых водорослей и особенно такие формы: микроцистис, анабена, афанизоменон и др. (см. приложение 2), которые достигают массового развития в поздневесенний, летний и раннеосенний периоды. Развиваясь в массовом количестве, они окрашивают воду в характерный сине-зеленый цвет, а на дне водоемов, откосах каналов, особенно сбросных, и на почве часто образуют темносине-зеленые или оливковые налеты и пленки.
Обильное развитие тех или других планктонных водорослей вызывает "цветение" воды. Бурное развитие водорослей может быть прекращено в зависимости от наличия компонентов, необходимых для их развития. По литературным данным известно, что в 1 см3 цветущей воды может находиться особей:
Анкистродесмуса ............................................... до 10000000
Хлореллы ........................................................... до 10000000
Анабены флос акве............................................. до 300000
Циклетеллы ....................................................... до 236000
Афанизоменона ............................................... до 20000
Осциллятории .................................................... до 26000
Микроцистиса .................................................... до 6000.
Мелозиры ......................................................... до 4000
Массовое развитие водорослей изменяет биологический и физико- химический режимы водохранилища. "Цветение" воды, вызванное сине- зелеными водорослями Гафанизоменон, микроцистис и анабена), придает воде запах травы, цвет ее становится серовато-зеленым, часто меняется вкус и вода приобретает агрессивные свойства по отношению к металлу; последнее особенно заметно при массовом отмирании водорослей.
Основные факторы, способствующие развитию водорослей, изложены ниже.
Водоросли являются преимущественно хлорофиллоносными растениями и способны к фотосинтезу, т.е. с помощью солнечной энергии образовывают органические вещества из неорганических. Источником углерода для фотосинтеза является как растворенная в воде свободная углекислота, так и углекислота, входящая в состав карбонатов. Необходимыми веществами для ассимиляции углерода является углекислота и вода. Этот процесс можно выразить следующей формулой: 
из которой видно, что кроме углекислоты и воды для построения органического вещества требуется еще 674 больших калорий энергии. Главным условием ассимиляции углерода является хорошее освещение, которое с глубиной водоема уменьшается. Поэтому большинство водорослей скопляется в его верхних слоях. Способность водорослей удерживаться в верхних слоях воды в определенный период ЖИЗНИ обуславливается образованием в них газовых вакуолей (гидростатический аппарат), благодаря которым водоросли могут регулировать обвей газа и находиться в наиболее оптимальных для них горизонтах воды. Этому способствуют также жировые включения, имеющиеся в водорослях, и величина удельной поверхности их (отношение поверхности тела к его объему. Чем меньше организмы, тем больше их удельная поверхность и тем лучше они удерживаются в толще воды. Водоросли, вызывающие "цветение" воды, преимущественно мелкие.
Значительную роль в жизни водорослей играет температура воды, которая зависит от климатических особенностей района водохранилища, сезонных гидрологических изменений и количества сбрасываемой теплой воды, или тепловой нагрузки на охладитель. Температурный режим водохранилищ отражается как на видовом, так и на количественном составе водорослей. Для многих водорослей существуют оптимальные температуры, способствующие их развитию. Если температуры отклоняются в ту или другую сторону от оптимальных для определенного вида водорослей, происходит его угнетение или гибель.
Так, например, оптимальная температура для сине-зеленых водорослей, таких как микроцистис, находится в пределах 27-29°С, поэтому они развиваются летом и погибают зимой; оптимальная температура для диатомовых ниже 15-1б°С, и максимум их развития падает то на весну, то на осень. В целом же следует отметить, что при высокой температуре летом происходит максимальное развитие водорослей.
Важным фактором для развития водорослей является также наличие в воде минеральных солей. В зависимости от количества солей, необходимых для питания водных организмов, водохранилища делятся на олиготрофные (бедные питательными веществами, незначительное развитие водорослей в них обуславливается недостатком в воде азота и фосфора), эвтрофные (богатые питательными веществами, в таких водохранилищах водоросли развиваются в больших количествах), и дистрофные (бедные минеральными солями, а имеющиеся гуминовые вещества непригодна для водорослей и последние плохо развиваются).
Круглогодичные исследования фитопланктона на ряде водохранилищ-охладителей показали, что за счет повышенных температур воды увеличивается период вегетации и сезонные изменения в них менее четко выражены, чем в естественных водоемах, весной растительный планктон состоит из зеленых и диатомовых водорослей; с повышением температуры наряду с развитием зеленых водорослей начинают развиваться сине-зеленые, через некоторое время сине-зеленые водоросли достигают такого развития, что вызывают "цветение" воды, покрывая отдельные районы водохранилища оливково-зеленой пленкой, фактор, способствующие развитию сине-зеленых водорослей, постепенно ослабевают, и в поздний осенний и зимний периоды фитопланктон состоит преимущественно из зеленых диатомовых водорослей.
Бактерии характерны тем, что не имеют в клетках хлорофилла, и поэтому не способны строить органическое вещество за счет энергии света, а используют для своего питания готовые органические вещества и являются сапрофитными организмами. Некоторые бактерии паразитируют на живых организмах или используют энергию химических реакций, которая освобождается при окислении различных неорганических веществ. К числу таких организмов относятся, например, нитрифицирующие бактерии. По своему строению бактерии преимущественно одноклеточные организмы, но встречаются нитчатые формы, а также скопления отдельных клеток, заключенных в слизь, что придает им более или менее определенную форму. Например, типичная форма зооглей имеет вид разветвленных оленьих рогов.
Бактерии, участвующие в обрастаниях сооружений, представлены, главным образом, сапрофитами. Они имеют вид длинных нитей и развиваются в водах, загрязненных хозяйственно-бытовыми и промышленными стоками. Сапрофиты образуют войлокообразные налеты, имеющие длину до 10 см с молочно-белой или кирпично-розовой окраской и покрывающие подводные предметы, омываемые циркуляционной водой. Типичным представителем нитчатых форм является сферотилюс (см. приложение 2). В обрастаниях участвуют такие зооглейные бактерии, типичными представителями которых являются зооглея ветвистая и зооглея гроздевидная.
Обрастание трубок конденсаторов бактериальной флорой при использовании загрязненных вод (для охлаждения отработавшего пара турбин) происходит следующим образом. Существующие в охлаждающей воде бактерии оседают вместе со взвешенными веществами в трубках, конденсаторов, где созданы благоприятнее термические условия, а также питательная среда для развития бактерий; они прикрепляются здесь, склеивают взвешенные вещества и, энергично размножаясь, резко увеличивают свою биомассу. Первыми поселяются в трубках конденсаторов зооглейные бактерии и, если трубки конденсаторов долго не чистятся, появляются нитчатые формы, которые более прочно прикрепляются к стенкам трубок, но они медленнее размножаются.
Число бактериальных клеток увеличивается в геометрической прогрессии, а это при наличии питательных веществ и термических условий, близких к оптимальным, приводит к интенсивному росту органических отложений в трубках конденсатора. Если идет очень сильное загрязнение конденсаторов и при этом проводится частая чистка трубок (через один-два дня), то участие нитчатых форм бактерий в отложениях обычно невелико, основная масса бактериальной флоры состоит из зооглейных бактерий. Количество отложений в загрязненных водах за 100 ч работы конденсатора в осенне-зимний период достигает 300 см3/м2 и в умеренно загрязненных водах 15-20 см3/м2 поверхности конденсатора.
Наиболее интенсивное обрастание бактериями трубок конденсаторов происходит в осенне-зимний период. Это можно объяснить, с одной стороны, благоприятным термическим режимом для развития бактерий в это время и, с другой стороны, обилием питательных веществ в отложениях, так как осенью идет массовое отмирание растительных организмов, частички которых, еще полностью не минерализовавшиеся, попадают с водой в трубки конденсатора и оседают здесь на стенках. При повышенных температурах идет интенсивная минерализация этих частичек и образуется масса питательных веществ для бактерий.
В трактах циркуляционного водоснабжения, и особенно в трубопроводах, на трубных досках и крышках конденсаторов часто развиваются железобактерии. Они образуют бугристые отложения, что вызывает уменьшение сечения трубопровода. Наиболее типичны следующие формы железобактерий, образующих отложения: лептотрикс кренотрико и галионелла. Последняя форма чаще всего встречается в водопроводах, с артезианскими водами. В системах циркуляционного водоснабжения встречается много других бактерий, но они не вызывают существенных технических затруднений и количество их в обрастаниях ничтожно.
Грибы - группа низших растений - так же, как и бактерии, представлена организмами, клетки которых лишены хлорофилла. Поэтому грибы могут питаться лишь готовыми органическими веществами и выступают как сапрофиты или паразиты или вступают в симбиоз с другими организмами. В водах, загрязненных органическими веществами, часто развиваются в массовом количестве низшие грибы (с неклеточным мицелием.) и реже высшие грибы (многоклеточные). В обрастаниях чаще встречаются так называемый "мукор" сапролегния, лептомитус и др. Мукор же настоящий в больших количествах в водоемах не встречается.
Перечисленные выше грибы могут развиваться на внутренних поверхностях водоводов и в другом оборудовании, омываемом охлаждающей водой, загрязненной органическими веществами. Большое развитие грибов может привести к загрязнению решеток и сеток циркуляционной насосной, фильтров водоподготовительной установки, теплообменного и другого оборудования.
