Состав сточных вод и их свойства оценивают по результатам санитарно-химического анализа, включающего наряду со стандартными химическими тестами ряд физических, физико-химических и санитарно-бактериологических определений.

Сложность состава сточных вод и невозможность определения каждого из загрязняющих веществ приводят к необходимости выбора таких показателей, которые характеризовали бы определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ.

Полный санитарно-химический анализ предполагает определение следующих показателей: температура, окраска, запах, прозрачность, величина pH, сухой остаток, плотный остаток и потери при прокаливании (п.п.п.), взвешенные вещества, оседающие вещества по объему и по массе, перманганатная окисляемость, химическая потребность в кислороде (ХПК), биохимическая потребность в кислороде (БПК), азот (общий, аммонийный, нитритный, нитратный), фосфаты, хлориды, сульфаты, тяжелые металлы и другие токсичные элементы, поверхностно-активные вещества (ПАВ), нефтепродукты, растворенный кислород, микробное число, бактерии группы кишечной палочки (БГКП), яйца гельминтов. В число обязательных тестов полного санитарно-химического анализа на городских очистных станциях может быть включено определение специфических примесей, поступающих в водоотводящую сеть населенных пунктов от промышленных предприятий.

Температура - один из важных технологических показателей. Функцией температуры является вязкость жидкости и, следовательно, сила сопротивления оседающим частицам. Важнейшее значение имеет температура для биологических процессов очистки, так как от нее зависят скорости биохимических реакций и растворимость кислорода в воде.

Окраска - один из органолептических показателей качества сточных вод. Хозяйственно-фекальные сточные воды обычно слабо окрашены и имеют желтовато-буроватые или серые оттенки. Наличие интенсивной окраски различных оттенков - свидетельство присутствия производственных сточных вод. Для окрашенных сточных вод определяют интенсивность окраски по разведению до бесцветной, например 1:400; 1: 250 и т.д.

Запах - органолептический показатель, характеризующий наличие в воде пахнущих летучих веществ. Обычно запах определяют качественно при температуре пробы 20 °С и описывают как фекальный, гнилостный, керосиновый, фенольный и т.д. При неясно выраженном запахе определение повторяют, подогревая пробу до 65 °С. Иногда необходимо знать пороговое число - наименьшее разбавление, при котором запах исчезает.

Концентрация ионов водорода выражается величиной pH. Этот показатель чрезвычайно важен для биохимических процессов, скорость которых может существенно снижаться при резком изменении реакции среды. Установлено, что сточные воды, подаваемые на сооружения биологической очистки, должны иметь значение pH в пределах 6,5-8,5. Производственные сточные воды (кислые или щелочные) должны быть нейтрализованы перед сбросом в водоотводящую сеть, чтобы предотвратить ее разрушение. Городские сточные воды обычно имеют слабощелочную реакцию среды (pH = 7,2-7,8).

Прозрачность характеризует общую загрязненность сточной воды нерастворенными и коллоидными примесями, не идентифицируя вид загрязнений. Прозрачность городских сточных вод обычно составляет 1-3 см, а после очистки увеличивается до 15-30 см.

Сухой остаток характеризует общую загрязненность сточных вод органическими и минеральными примесями в различных агрегативных состояниях (в мг/л). Определяется этот показатель после выпаривания и дальнейшего высушивания при t - 105 °С пробы сточной воды. После прокаливания (при t = 600 °С) определяется зольность сухого остатка. По этим двум показателям можно судить о соотношении органической и минеральной частей загрязнений в сухом остатке.

Плотный остаток - это суммарное количество органических и минеральных веществ в профильтрованной пробе сточных вод (мг/л). Определяется при таких же условиях, что и сухой остаток. После прокаливания плотного остатка при Г = 600 °С можно ориентировочно оценить соотношение органической и минеральной частей растворимых загрязнений сточных вод. При сравнении прокаленных сухого и плотного остатков городских сточных вод определено, что большая часть органических загрязнений находится в нерастворенном состоянии. При этом минеральные примеси в большей степени находятся в растворенном виде.

Взвешенные вещества - показатель, характеризующий количество примесей, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтровании пробы. Это один из важнейших технологиче-

ских показателей качества воды, позволяющий оценить количество осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод. Кроме того, этот показатель используется в качестве расчетного параметра при проектировании первичных отстойников. Количество взвешенных веществ - один из основных нормативов при расчете необходимой степени очистки сточных вод. Потери при прокаливании взвешенных веществ определяются так же, как для сухого и плотного остатков, но выражаются обычно не в мг/л, а в виде процентного отношения минеральной части взвешенных веществ к их общему количеству по сухому веществу. Этот показатель называется зольностью. Концентрация взвешенных веществ в городских сточных водах обычно составляет 100-500 мг/л.

Оседающие вещества - часть взвешенных веществ, оседающих на дно отстойного цилиндра за 2 ч отстаивания в покое. Этот показатель характеризует способность взвешенных частиц к оседанию, позволяет оценить максимальный эффект отстаивания и максимально возможный объем осадка, который может быть получен в условиях покоя. В городских сточных водах оседающие вещества в среднем составляют 50-75% общей концентрации взвешенных веществ.

Под окисляемостью понимают общее содержание в воде восстановителей органической и неорганической природы. В городских сточных водах подавляющую часть восстановителей составляют органические вещества, поэтому считается, что величина окисляемости полностью относится к органическим примесям. В зависимости от природы используемого окислителя различают химическую окисляемость, если при определении используют химический окислитель, и биохимическую, когда роль окислительного агента выполняют аэробные бактерии; этот показатель - биохимическая потребность в кислороде (ВПК). В свою очередь, химическая окисляемость может быть перманганатной (окислитель КМп0 4), бихроматной (окислитель К 2 Сг 2 0 7) и иодатной (окислитель КЮ 3). Результаты определения окисляемости независимо от вида окислителя выражают в мг/л 0 2 . Бихроматную и иодатную окисляемость называют химической потребностью в кислороде, или ХПК.

Перманганатная окисляемость - кислородный эквивалент лег-коокисляемых примесей. Основная ценность этого показателя - быстрота и простота определения. Перманганатная окисляемость используется с целью получения сравнительных данных. Тем не менее есть такие вещества, которые не окисляются КМп0 4 . Только после определения ХПК можно достаточно полно оценить степень загрязненности воды органическими веществами.

БПК - кислородный эквивалент степени загрязненности сточных вод биохимически окисляемыми органическими веществами. БПК определяет количество кислорода, необходимое для жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в окислении органических соединений. БПК характеризует биохимически окисляемую часть органических загрязнений сточной воды, находящихся в первую очередь в растворенном и коллоидном состояниях, а также в виде взвеси.

Азот находится в сточных водах в виде органических и неорганических соединений. В городских сточных водах основную часть органических азотистых соединений составляют вещества белковой природы - фекалии, пищевые отходы. Неорганические соединения азота представлены восстановленными - и ТЧН 3 и окисленными формами N0^ и N0^. Аммонийный азот в большом количестве образуется при гидролизе мочевины - продукта жизнедеятельности человека. Кроме того, процесс аммонификации белковых соединений также приводит к образованию соединений аммония.

В городских сточных водах до их очистки азот в окисленных формах (в виде нитритов и нитратов), как правило, отсутствует. Нитриты и нитраты восстанавливаются группой денитрифицирующих бактерий до молекулярного азота. Окисленные формы азота могут появиться в сточной воде лишь после биологической очистки.

Источником соединений фосфора в сточных водах являются физиологические выделения людей, отходы хозяйственной деятельности человека и некоторые виды производственных сточных вод.

Концентрации азота и фосфора в сточных водах - важнейшие показатели санитарно-химического анализа, имеющие значение для биологической очистки. Азот и фосфор - необходимые компоненты состава бактериальных клеток. Их называют биогенными элементами. При отсутствии азота и фосфора процесс биологической очистки невозможен.

Хлориды и сульфаты - показатели, концентрация которых влияет на общее солесодержание.

В группу тяжелых металлов и других токсичных элементов входит большое число элементов, которое по мере накопления знаний о процессах очистки все более возрастает. К токсичным тяжелым металлам относят железо, никель, медь, свинец, цинк, кобальт, кадмий, хром, ртуть; к токсичным элементам, не являющимся тяжелыми металлами, - мышьяк, сурьму, бор, алюминий и т.д.

Источник тяжелых металлов - производственные сточные воды машиностроительных заводов, предприятий электронной, приборостроительной и других отраслей промышленности. В сточных водах тяжелые металлы содержатся в виде ионов и комплексов с неорганическими и органическими веществами.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) - органические соединения, состоящие из гидрофобной и гидрофильной частей, обусловливающих растворение этих веществ в маслах и в воде. Примерно 75% общего количества производимых СПАВ приходится на долю анионоактивных веществ, второе место по выпуску и использованию занимают неионогенные соединения. В городских сточных водах определяют СПАВ этих двух типов.

Нефтепродукты - неполярные и малополярные соединения, экстрагируемые гексаном. Концентрация нефтепродуктов в водоемах строго нормируется; и поскольку на городских очистных сооружениях степень их задержания не превышает 85%, в поступающей на станцию сточной воде также ограничивается содержание нефтепродуктов.

Растворенный кислород в поступающих на очистные сооружения сточных водах отсутствует. В аэробных процессах концентрация кислорода должна быть не менее 2 мг/л.

Санитарно-бактериологические показатели включают определение общего числа аэробных сапрофитов (микробное число), бактерий группы кишечной палочки и анализ на яйца гельминтов.

Микробное число оценивает общую обсемененность сточных вод микроорганизмами и косвенно характеризует степень загрязненности воды органическими веществами - источниками питания аэробных сапрофитов. Этот показатель для городских сточных вод колеблется в пределах 10 6 -10 8 .

Концентрация загрязнений в сточной воде (мг/л или г/м 3) рассчитывается по формуле

В еп - концентрация какого-либо из загрязнителей в сточной воде поступающей на очистку; а - величина загрязнений, г/сут, на одного человека; q - норма водоотведения, л/чел, в сутки.

Величина загрязнений в сточной воде на одного человека приведена в табл. 8.1

Таблица 8.1

Количество загрязняющих веществ на одного жителя

Примечания: 1. Количество загрязняющих веществ от населения, проживающего в неканализованных районах, надлежит учитывать в размере 33%.

2. При сбросе бытовых сточных вод промышленных предприятий в канализацию населенного пункта количество загрязняющих веществ от эксплуатационного персонала дополнительно не учитывается.

Одним из основных методов решения вопросов, связанных с рациональным использованием подземных вод, является применение компьютерных информационных систем, которые позволяют оценить качество природных вод, используемых в различных целях, наличие месторождений минеральных и питьевых вод и выдать рекомендации по их рациональному использованию. Такие системы необходимы административным и планирующим организациям, предпринимателям и водопользователям, природоохранным органам, исследователям, занимающимся проблемами гидрологии, гидрогеологии, экологии, медицинской географии, рационального использования ресурсов.

Данные информационные (экспертные) системы представляют собой программы управления базами данных, которые, помимо представления информации, позволяют проводить численное прогнозное моделирование (вычислительный эксперимент) на основе введенных в компьютер данных о том или ином варианте водопользования. Однако для достоверного решения задач управления водными ресурсами на практике требуется системный подход, учитывающий все необходимые стороны изучаемого процесса. В настоящее время внедрение системного анализа на основе математического моделирования в практику принятия решений часто сдерживается не отсутствием математических методов и соответствующего компьютерного обеспечения, а недостаточной информированностью лиц, принимающих подобное решение.

Преодоление подобных трудностей и является основной задачей при внедрении экспертных компьютерных систем, позволяющих оперативно решать часто встречающиеся задачи по управлению природными водными ресурсами, такие, как:

1) извлечение (добыча) воды из водоносного горизонта;

2) естественное и искусственное пополнение запасов подземных вод;

3) химический состав и загрязнение подземных вод;

4) совместное управление запасами подземных и поверхностных вод;

5) влияние подземных вод на инженерные сооружения;

6) различные комбинации перечисленных проблем.

Таким образом, учитываются как количественная (объем водоотбора), так и качественная (распространение загрязнений) стороны водопользования.

Кроме того, информационные системы предоставляют возможность получить статистическую информацию о состоянии природных вод, эксплуатационных запасах, имеющихся загрязнениях, экологическом качестве природных вод, произвести оценку защищенности подземных вод.

Зная потребность в воде по районам и отраслям, можно дифференцировать ее потребление по качеству: на технические и производственные нужды забирать воду худшего качества, хорошую же воду использовать только для питьевого водоснабжения. Но административным указом и штрафами, как показывает опыт, потребителя не заставить регламентировать водоотбор. Одним из наиболее эффективных инструментов регулирования интенсивности антропогенного воздействия на подземные воды является экономическое стимулирование рационального водоотбора и экологически безопасного размещения производства.

Известно, что население закономерно реагирует на изменение цен на воду. Поэтому отдельной и весьма актуальной задачей является установление оптимальных размеров водопользовательских платежей. Стоимость природных вод должна способствовать внедрению оптимальной схемы водопользования в регионе. Необходимо также анализировать альтернативные пути использования ресурсов подземных вод в качестве лечебных, промышленных, мелиоративных.

Рациональное использование подземных вод не только уменьшит отрицательное воздействие на подземную гидросферу, но и даст необходимые средства для проведения различных природоохранных мероприятий.

Санитарно-гигиенические требования к качеству питьевой воды

Основными регламентирующими документами для питьевой воды в России являются ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством» и ГОСТ 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые».

ГОСТ 2874-82 распространяется на воду при централизованном использовании местных источников с разводящей сетью труб.

ГОСТ 13273-88 распространяется на минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые воды, которые имеют минерализацию не менее 1 г/л или содержат биологически активные микроэлементы в количестве не ниже бальнеологических норм. Предельно допустимые концентрации большинства элементов и соединений приводятся в ряде нормативных документов, основным из которых являются «Санитарные нормы и предельно допустимые содержания вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (СНиП)», утвержденные Министерством здравоохранения СССР в 1988 г.

Международные нормы качества питьевой воды разрабатываются Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ).

Данные величины служат основой при разработке национальных стандартов, которые при правильном применении должны обеспечивать безопасность питьевого водоснабжения. Во всех странах разрабатываются стандарты качества воды, наиболее близкие к рекомендуемым величинам.

Принятые в России нормы качества питьевой воды очень близки к международным.

Качество питьевой воды должно соответствовать требованиям ГОСТа 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль качества», обеспечиваться на протяжении всей водопроводной сети и не зависеть от вида источника водоснабжения и системы обработки воды.

Действующим ГОСТом 2874-82 предусмотрен контроль органолептических (запаха, привкуса, цветности, мутности), физико-химических (pH, температуры) и бактериологических показателей качества питьевой воды, содержания ряда химических веществ, встречающихся в природных водах или добавляемых к воде в процессе ее обработки, влияющих на органолептические или биологические свойства воды.

Кроме этого, стандартом в ряде случаев предусмотрен контроль содержания химических веществ, нормативные требования к которым приведены в СанПиН 4630-88 «Санитарные требования и нормативы охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами».

Требования ГОСТа, обеспечивающие безопасность питьевой воды в эпидемическом отношении, основываются на косвенных показателях – количестве сапрофитов в 1 мл воды (< 100) и индексе бактерий группы кишечной палочки 1 л воды (< 3).

Требования ГОСТа к химическому составу воды включают 20 показателей для веществ, встречающихся в природных водах или добавляемых в нее при обработке на очистных сооружениях.

Государственный стандарт регламентирует требования к качеству питьевой воды, подаваемой централизованными системами хозяйственно-питьевого водоснабжения, т. е. системами, имеющими разводящую сеть труб.

В настоящее время количество существующих гигиенических нормативов для наиболее опасных и наиболее часто встречающихся в воде химических соединений составляет более 1500. В связи с этим проблема научного обоснования и совершенствования системы требований к качеству питьевой воды с позиций безопасности для здоровья становится чрезвычайно актуальной. Одними из наиболее сложных и важных вопросов в системе обеспечения и контроля качества питьевой воды являются количество и состав контролируемых показателей, определяющие в совокупности интегральную качественную оценку воды, ее безопасность и безвредность для человека.

В таблице 29 приведены показатели качества воды по ГОСТу 2874-82, Руководству по контролю качества питьевой воды ВОЗ (1994) и СНиП. Представлены только некоторые показатели качества воды, упоминаемые в ГОСТе 2874-82, СНиПе или Руководстве по контролю качества питьевой воды ВОЗ (1994). Всего в России нормативными документами установлены ПДК для более чем 1500 различных элементов и соединений.

Таблица 29

Показатели качества воды

Данные по предельно допустимым концентрациям различных компонентов в воде приводятся в различных справочных изданиях. Сведения о физико-химических свойствах, получении и применении, а также ПДК для элементов I–VIII групп, углеводородов и их галогенопроизводных и радиоактивных элементов приведены в четырехтомнике «Вредные химические вещества» Химическая классификация и некоторые физические и химико-аналитические свойства около 1000 нормируемых в водах органических соединений представлены в справочнике «Основные свойства нормируемых в водах органических соединений». Там же даны структурные формулы этих соединений, их ПДК, лимитирующие признаки вредности (необходимы при выборе наиболее опасных веществ для контроля и учитываются при одновременном содержании вредных веществ), молекулярные массы, агрегатное состояние, некоторые физические константы, растворимость, устойчивость, область применения.

В настоящее время является актуальным совершенствование системы контроля качества питьевой воды (приоритетность методов анализа, периодичность исследований, методика отбора проб воды и др.). Самостоятельной задачей является уточнение величин гигиенических стандартов по ряду показателей, таких как цветность, содержание хлоридов, сульфатов, алюминия, свинца, селена, по которым имеются расхождения между ГОСТом и Рекомендациями ВОЗ. Также необходима разработка отдельного Государственного стандарта на качество питьевой опресненной воды, так как опреснение соленых и солоноватых вод является очень важной гигиенической проблемой.

Показатели питьевой воды

Показатели наличия в воде органических веществ

Около 1/3 населения России продолжает использовать в питьевых целях воду из колодцев, родников, открытых водоемов.

Показатели загрязненности воды.

1. Наличие в воде органических веществ.

Количество растворенного кислорода зависит от температуры воды. Чем ниже температура, тем больше растворенного кислорода в воде. Кроме того, содержание кислорода зависит от наличия в воде зоо– и фитопланктона. Если в воде много водорослей или много животных, то содержание кислорода меньше, так как часть кислорода расходуется на жизнедеятельность зоо– и фитопланктона. Содержание кислорода также зависит от поверхности водоема: в открытых водоемах кислорода больше. Содержание кислорода при всех прочих условиях будет зависеть от барометрического давления и от загрязнения. Чем больше загрязнение, тем меньше кислорода содержится в воде, потому что кислород буде расходоваться на окисление загрязнения (органических веществ). Для того чтобы судить о том, достаточно или недостаточно кислорода в водоеме, существуют таблицы Виндлера, где приводятся данные о пределе растворимости кислорода при данной температуре.

Если мы определяем количество растворенного кислорода в нашей пробе воды и находим, что при 7 °C у нас в пробе содержится 9 мг кислорода, то эти цифры ничего не дают. Мы должны посмотреть в таблицу Виндлера: при 7 °C должно быть растворено 11 мг кислорода на литр, и это говорит о том, что по всей видимости в воде содержится большое количество органических веществ.

2. Показатель биохимического потребления кислорода (БПК).

БПК – это количество кислорода, которое необходимо для окисления легкоокисляемых органических веществ, находящихся в 1 л воды. Условия для проведения этого анализа: экспозиция 1 сутки, 5 суток, 20 суток. Методика: требуется время и темное место: берутся две банки, заполняются исследуемой водой. В первой банке определяется содержание кислорода тотчас, а вторую банку ставят либо на сутки, либо на 5, либо на 20 в темное помещение и определяют содержание кислорода. Чем больше содержится органических веществ в пробе воды, тем меньше кислорода будет обнаружено, потому что часть растворенного кислорода израсходуется на окисление органических веществ (легкоокисляемых).

3. Окисляемость воды.

Окисляемость воды – это количество кислорода, которое необходимо для окисления легко– и среднеокисляемых органических веществ, находящихся в 1 л воды. Условия: окислитель – перманганат калия, 10-минутное кипячение. Не всегда высокая цифра окисляемости свидетельствует о неблагополучии водоисточника. Высокая цифра окисляемости может быть за счет растительной органики. Высокая цифра окисляемости может быть обусловлена наличием в воде неорганических веществ – сильных восстановителей, что характерно для подземных вод. Сюда относятся сульфиды, сульфиты, соли закиси железа, нитриты. Высокая цифра окисляемости может быть обусловлена наличием в воде органики животного происхождения, и только в этом случае мы говорим о том, что водоем загрязнен. Разумеется возникает вопрос, как же нам решить, за счет чего у нас наблюдается высокая цифра окисляемости. Для ответа на этот вопрос существуют следующие приемы: для того чтобы дифференцировать окисляемость за счет органических веществ от окисляемости за счет неорганических веществ, нужно поставить пробу на холоде: на холоде окисляются неорганические вещества (минеральные). Допустим у нас окисляемость была 8 мг/л, поставили пробу на холоде, выяснили, что окисляемость на холоде составляет 1 мг/л. Получается, что за счет органических веществ приходится 7 мг/л. Теперь мы должны отдифференцировать органику растительного происхождения от животного. В этом случае нужно посмотреть на бактериологические показатели. ГОСТом окисляемость не нормируется, так как она может быть высокой и в нормальной, и загрязненной воде. Однако существуют ориентировочные нормы. Ориентировочные нормы следующие: для поверхностных водоемов – 6–8 мг/л. Для подземных водоисточников, для шахтных колодцев – 4 мг/л, для артезианских вод – 1–2 мг/л.

4. Химическая потребность в кислороде (ХПК).

ХПК – также показатель наличия в воде органических веществ – химическая потребность в кислороде. Это количество кислорода, которое необходимо для окисления легко-, средне– и трудноокисляемых органических веществ, находящихся в 1 л воды. Условия проведения анализа: двухромистый калий в качестве окислителя, концентрированная серная кислота, 2-часовое кипячение. В любой воде, если правильно проведен анализ, БПК будет всегда меньше, чем окисляемость, а окисляемость, всегда меньше ХПК. Определение ХПК, БПК и окисляемости имеет значение для прогнозирования системы очистки сточных вод. В хозяйственно-фекальных сточных водах основную массу составляют легкоокисляемые химические вещества, следовательно, для очистки надо применять биологический метод. В стоках с преобладанием средне– и трудноокисляемых веществ, следует применять химическую очистку.

5. Органический углерод.

Органический углерод – показатель на наличие в воде органических веществ. Чем больше обнаруживается органического углерода, тем больше органики в воде. Существуют ориентировочные нормы по органическому углероду. Считается, что, если он присутствует в пределах 1–10 мг/л, этот водоем чистый, более 100 мг/г – загрязненный.

6. CCE – карбохлороформэкстракт.

Этот показатель позволяет определить присутствие в воде трудноопределяемых веществ: нефтепродуктов, пестицидов, ПАВ. Все эти вещества адсорбируются на угле, а затем экстрагируются. Считается, что если CCE находится в пределах 0,15–0,16, то этот водоем чистый, 10 и более – водоем загрязнен.

7. Хлориды и сульфаты.

Хлориды дают соленый вкус, сульфаты – горький. Хлориды не должны превышать 350 мг/л, а сульфаты не более 500 мг/л. Чаще всего хлориды и сульфаты в воде имеют минеральное происхождение, что связано с почвенным составом, но в отдельных случаях хлориды и сульфаты могут быть показателями загрязнения, когда они поступают в водоемы как загрязнения со сточными водами бань и т. п. Если содержание этих веществ меняется в динамике, то, безусловно, есть загрязнение водоисточника.

8. Сухой остаток.

Если взять 1 л воды и выпарить, взвесить остаток, то получим вес сухого остатка. Чем больше вода минерализована, тем этот сухой остаток будет больше. По ГОСТу сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л. Потери при прокаливании позволяют судить о количестве органики в остатке (так как органические вещества сгорают). Чем больше потерь при прокаливании, тем больше в воде содержится органических веществ. В чистой воде потери при прокаливании не должны превышать 1/3 сухого остатка, т. е. 333 мг.

Все эти показатели являются косвенными, так как они не позволяют сами определить те вещества, которые вызвали загрязнение. Более прямыми являются бактериологические показатели – индекс и титр бактерий группы кишечной палочки.

Нормативы водопотребления

Количество воды, необходимое для одного жителя в сутки, зависит от климато-географических условий, сезона года, числа жителей, культурного уровня населения и степени санитарного благоустройства зданий (обеспеченности внутренним водопроводом, канализацией, центральным отоплением). Последний фактор является определяющим. На его основе разработаны «Нормы водопотребления», которые введены в СНиПы. В указанные нормы входит расход воды в квартирах, предприятиями культурно-бытового, коммунального обслуживания и общественного питания.

В некоторых городах развитие водопровода позволяет обеспечить более высокие нормы водопотребления (Москва – 500 л в сутки, Санкт-Петербург – 400 л в сутки). Считается, что норма водопотребления 500 л в сутки является максимальной.

При расчете водопотребления необходимо учитывать неравномерность расхода воды как в отдельные часы суток, так и по сезонам года. Для этого средние нормы водопотребления принимаются с так называемыми коэффициентами неравномерности – часовым (отношение максимального часового расхода к среднечасовому) и суточным (отношение максимального суточного расхода к среднесуточному). Учет коэффициентов неравномерности при проектировании водопровода позволяет обеспечить бесперебойную подачу воды в час пик и в жаркие сезоны года, когда увеличивается расход воды.

Источники водоснабжения, их санитарно-гигиеническая характеристика

Источники водопользования. Хозяйственно-питьевое водоснабжение населения

Основные правила и нормы

1. Жители городов и других населенных пунктов должны обеспечиваться питьевой водой в количестве, достаточном для удовлетворения физиологических и хозяйственных потребностей человека.

2. Качество воды, используемой населением для питьевых, хозяйственных и производственных целей, должно соответствовать санитарным нормам.

3. Предприятия и организации обязаны осуществлять мероприятия, направленные на развитие систем централизованного водоснабжения, обеспечение населения доброкачественной питьевой водой.

Источники водопользования населения

Водоисточники – природные воды, используемые для хозяйственно-питьевого, технического или сельскохозяйственного водоснабжения.

Источниками водоснабжения могут быть открытые водоемы (реки, озера), которые имеют риск загрязнения поверхностными химическими загрязнениями. Родники, используемые населением в качестве источника воды, чаще всего не исследованы и имеют неустановленный химический состав.

Благодаря защищенности водоносных пластов артезианские воды обычно обладают хорошими органолептическими свойствами и характеризуются почти полным отсутствием бактерий. В определенной степени это зависит от удаленности водосборной поверхности, ее санитарного состояния. Очень важно знать, где и в каком месте находится источник.

Качество воды источников, используемых для централизованного и нецентрализованного водоснабжения, для купания, занятий спортом и отдыха населения, в лечебных целях, а также качество воды водоемов в черте населенных пунктов должно отвечать санитарным правилам. (Закон РФ от 19.04.1991 «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»)

Существуют три основных источника водообеспечения систем водоснабжения:

1) подземные воды;

2) поверхностные воды;

3) атмосферные осадки.

Для систем центрального водоснабжения наибольший интерес представляют подземные и поверхностные воды.

Подземные воды

Подземные источники (грунтовые, межпластовые воды) образуются при фильтрации атмосферных осадков через почвенный слой и горные породы. Благодаря наличию водоупорных слоев подземные воды расслаиваются на отдельные, изолированные друг от друга водоносные горизонты.

Грунтовыми водами называются подземные воды, скапливающиеся на первом от поверхности водоупорном слое. В природных условиях грунтовые воды не загрязнены и пригодны для использования, если повышенное содержание солей не придает воде неприятного привкуса. При загрязнении почвы и поверхностном расположении санитарная надежность грунтовых вод резко снижается, так как создается реальная опасность их загрязнения органическими веществами животного происхождения и патогенными микроорганизмами, что может явиться причиной кишечных инфекций. Грунтовые воды имеют малый дебит (количество воды, даваемое источником в единицу времени) и широко используются лишь в местном колодезном водоснабжении.

Межпластовые воды залегают между двумя водоупорными слоями и защищены от загрязнения с поверхности. Когда межпластовые воды сосредоточены в зернистых породах и в процессе своего продвижения подвергаются фильтрации, их называют фильтрационными (или поровыми), если они текут в трещинах жестких пород, – флюационными (текущими). Напорные межпластовые воды называются артезианскими.

К подземным водоисточникам относятся также ключи (родники), представляющие собой естественный выход на поверхность грунтовых или межпластовых вод.

Глубокие межпластовые воды по качеству в большинстве случаев соответствуют требованиям ГОСТа и используются для хозяйственно-питьевых целей без предварительной обработки.

При нарушении водонепроницаемых перекрытий межпластовые водоносные горизонты могут загрязняться; в этом случае необходима обработка воды до подачи ее потребителю. В некоторых районах межпластовые воды чрезмерно минерализованы.

Подземные воды характеризуются обычно постоянством состава и температуры, значительной минерализацией, отсутствием минеральных взвесей, относительно невысоким содержанием органических веществ, присутствием растворенных газов, значительной жесткостью, повышенным содержанием железа и марганца, высокой санитарной надежностью (отсутствием бактерий и вирусов). Часто подземные воды имеют гидравлическую связь с поверхностными, что влечет за собой изменение их химического состава: повышается концентрация органических веществ, изменяется минерализация (насыщенность солями), появляется растворенный кислород. С возрастанием глубины залегания увеличивается степень минерализации воды.

Несмотря на малую минерализацию, которая составляет до 1,5 г/л, пресные подземные воды представляют собой сложную многокомпонентную систему, включающую целый комплекс неорганических и органических соединений, газов и живого вещества.

Неорганические вещества – макро– и микрокомпоненты.

В зависимости от концентрации неорганических веществ в подземных водах выделяют макрокомпоненты (десятки и сотни мг/л) и микрокомпоненты (менее 1 мг/л). Макрокомпоненты определяют химический тип воды и, как следствие, ее основные потребительские свойства. В первую очередь к ним следует отнести Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K + , CI - , SO 4 2- и HCO 3 - . Концентрации и возможность накопления в подземных водах макрокомпонентов определяются геолого-гидрогеологическими условиями данного района и во многом зависят от минерального состава водовмещающих пород. К микрокомпонентам можно отнести все другие элементы. В настоящее время в воде их обнаружено более 80. Большая часть из них содержится в воде в концентрациях менее 1 мкг/л.

В таблице 30 приведен порядок максимальных концентраций химических элементов, обнаруживаемых в пресных подземных водах.

Из приведенных данных видно, что не любая пресная подземная вода может использоваться для питьевого водоснабжения, так как содержание многих микрокомпонентов в естественных условиях может превышать установленные ПДК (предельно допустимые концентрации).

Отдельной группой среди неорганических веществ следует выделить радиоактивные элементы. Концентрации радиоактивных элементов измеряются не в весовых единицах на объем, а в количестве распадов изотопа за секунду в единице объема. Один распад в секунду в радиологии получил название «беккерель» (Бк). Таким образом, концентрации радиоактивных элементов в воде измеряются в беккерелях на литр. Наиболее распространенными естественными радиоактивными изотопами в природных водах являются изотопы калия с атомным весом 40 (K 40), радия (Ra 226), радона (Rn 222), урана (U 238). Как правило, их суммарная концентрация не превышает 10 Бк/л, однако в местах, где в геологическом разрезе встречаются радиоактивные минералы, концентрация естественных радиоэлементов в воде может достигать тысячи и более Бк/л.

Органические вещества

Пресные подземные воды всегда содержат то или иное количество органического вещества. В естественных условиях их содержание, как правило, уменьшается с глубиной. Состав органических веществ довольно сложен и может быть представлен всеми классами органических соединений. Наиболее распространены высокомолекулярные кислоты (например, гуминовые кислоты и фульвокислоты). Они постоянно присутствуют в грунтовых водах в количестве от одного до нескольких мг/л. В последние годы в подземных водах обнаружен целый ряд аминокислот, являющихся структурными элементами белков. Кроме того, в пресных подземных водах нефтегазоносных провинций, как правило, присутствуют нафтеновые кислоты и различные углеводородные соединения.

Таблица 30

Максимальная концентрация химических элементов в пресных подземных водах

Так как определение отдельных органических соединений в подземных водах затруднено, то, как правило, оценивается их суммарное число. Наиболее распространена суммарная оценка органических веществ с помощью величины окисляемости (мгО/л) количества органических углерода (C орг) и азота (N орг). Наиболее точной характеристикой общего содержания органических веществ в подземных водах является количество C орг.

Микроорганизмы

Из микроорганизмов наибольшее значение в пресных подземных водах имеют бактерии, также встречаются микроскопические водоросли, простейшие и вирусы. Различают аэробные и анаэробные бактерии. Первым для развития требуется кислород, вторые существуют при его отсутствии, восстанавливая сульфаты, нитраты и другие кислородсодержащие вещества. В пресных подземных водах зоны активного водообмена развиваются гнилостные, сапрофитные, денитрифицирующие и клетчатковые бактерии. Общее число бактерий может достигать миллиона на 1 мл воды, микроскопических водорослей – нескольких тысяч на 1 л, простейших – сотен и тысяч на 1 л. Число бактерий в воде зависит главным образом от наличия в ней питательных веществ. Болезнетворные бактерии, для развития которых нужен живой белок, сохраняются в подземных водах, как правило, не более 400 суток.

Газы

Основными газами, растворенными в пресных подземных водах, являются кислород, азот, углекислый газ и сероводород. В незначительных количествах встречаются и все остальные газы. По генетическим признакам выделяют газы воздушного происхождения (O 2 , N 2 , CO 2), биохимические (CO 2 , H 2 S, N 2) и газы ядерных превращений (He, Ra). Большое негативное влияние на потребительские свойства воды оказывает наличие в ней сероводорода. Это связано не только с органолептическими показателями. Сероводород вызывает интенсивную коррозию металлических обсадных труб и другого оборудования в результате образования гидротроилита (FeS x nH 2 O).

В пресных подземных водах преобладают растворенные формы химических элементов. Коллоидные формы присутствуют в основном в грунтовых водах. Главным образом – это соединения элементов с органическими веществами гумусового ряда, особенно с фульвокислотами, а также полимерные соединения кремнезема. В истинном растворе вещество может находиться в виде простых и комплексных ионов, а также нейтральных ионных пар и молекул.

Основные процессы, определяющие условия формирования химического состава пресных подземных вод

Практически все пресные подземные воды по своему генезису относятся к инфильтрационным водам, т. е. образовавшимся в результате инфильтрации атмосферных осадков. В дальнейшем химический состав инфильтрационных вод формируется под действием физико-химических и биохимических процессов, приводящих к равновесию между водой, водовмещающими породами, газами и живым веществом. Среди них в первую очередь следует выделить:

1) растворение – процесс перехода вещества из твердой фазы в жидкую, сопровождающийся разрушением кристаллической структуры твердой фазы;

2) выщелачивание – избирательное извлечение какого-либо компонента из твердого вещества, сохраняющего при этом свою кристаллическую структуру;

3) кристаллизацию – процесс выделения твердой фазы из насыщенного раствора;

4) сорбцию и десорбцию – процессы избирательного поглощения или выделения газообразных и растворенных веществ твердой фазой;

5) ионный обмен – процесс эквивалентного обмена веществом между твердой и жидкой фазами;

6) биохимические процессы – процессы, связанные с окислением или восстановлением вещества под действием микроорганизмов.

Все вышеперечисленные процессы взаимосвязаны и в свою очередь определяют характер окислительно-восстановительных реакций, протекающих в самом водном растворе.

В связи с глобальным загрязнением поверхностных вод централизованное водоснабжение все в большей степени ориентируется на подземные воды. Однако в условиях растущей техногенной нагрузки на окружающую среду и подземные воды подвергаются загрязнению. Техногенные компоненты обнаруживаются уже не только в верхних, слабозащищенных, водоносных горизонтах, но и в глубоких артезианских резервуарах. Загрязнение подземных вод влечет за собой целый ряд экологических и социальных последствий. Требует серьезного внимания распространение загрязняющих компонентов из подземных вод по пищевым цепям. В этом случае токсические элементы попадают в организм человека не только с питьевой водой, но и через растительную и животную пищу. Даже если население не пьет загрязненную воду, а только использует ее для приготовления пищи, водопоя скота и полива растений, это может отразиться на здоровье не только нынешнего, но и последующих поколений. Своевременный, оперативный и качественный контроль химического состава воды, используемой для хозяйственно-бытовых целей, является одним из условий улучшения состояния здоровья населения. Проблема качества подземных вод в настоящее время превратилась в одну из самых актуальных проблем человечества.

Значение химического состава воды при ее использовании

Пресные подземные воды используются как для питьевого водоснабжения, так и в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте – практически во всех видах человеческой деятельности. В зависимости от целей использования воды требования к ее химическому составу могут быть различными. К воде, применяемой в различных отраслях промышленности, предъявляются требования в соответствии со спецификой данного вида производства. Например, в сахарном производстве необходимо, чтобы вода имела минимальную минерализацию, так как присутствие любых солей затрудняет варку сахара. В пивоваренном производстве требуется отсутствие в воде CaSO 4 , препятствующего брожению солода. В воде, применяемой для винокуренного производства, нежелательно присутствие хлористого кальция и магния, которые задерживают развитие дрожжей. В текстильной и бумажной промышленности не допускается присутствие в воде железа, марганца и кремниевой кислоты. Производство искусственного волокна требует малой окисляемости воды (менее 2 мг/л) и минимальной жесткости (до 0,64 мгэкв/л). Такие же требования по жесткости предъявляются к воде и в энергетической промышленности. К воде, используемой для хозяйственно-питьевого водоснабжения, предъявляемые требования можно свести к двум основным условиям – безвредности ее для организма и удовлетворительному качеству по вкусу, запаху, прозрачности и другим внешним свойствам.

Нитриты указывают на некоторую давность загрязнения (время, необходимее для превращения аммиака в нитриты). Нитраты свидетельствуют о более давних сроках загрязнения. По азотсодержащим веществам можно судить о характере загрязнений водоисточников. Если в воде обнаружен аммиак, а при повторных анализах он отсутствует, то можно говорить о случайном загрязнении. Наличие в воде аммиака и нитритов свидетельствует о том, что вода ранее не загрязнялась, но сравнительно недавно появился постоянно действующий источник загрязнения. Обнаружение аммиака, нитритов и нитратов свидетельствует о явном неблагополучии водоисточника, подвергающегося постоянному загрязнению. Если в воде обнаруживаются нитраты, но нет аммиака, это указывает на то, что ранее существовал постоянно действующий источник загрязнения, а в настоящее время загрязнение источника не происходит. Наличие в воде аммиака и нитратов при отсутствии промежуточного продукта - нитритов, говорит о том, что водоисточник загрязняется периодически. Обнаружение нитратов говорит об окончании процессов минерализации.

Азотсодержащие вещества могут быть и минерального происхождения. Это следует особо учитывать при исследовании артезианских вод, В таких случаях необходимо обращать внимание на наличие других показателей загрязнения, особенно на бактериологические показатели и величины окисляемости. Последняя будет высокой без нагревания воды, что также свидетельствует о минеральном происхождении данного показателя.

Однако высокая окисляемость при кипячении воды говорит о наличии в ней органических загрязнений.

Определение азота аммиака (аммонийных солей) (качественное с приближенной количественной оценкой)

Азот аммонийных солей в питьевой воде качественно и количественно определяют с помощью реактива Несслера, который дает желтое окрашивание в присутствии солевого аммиака.

В пробирку налить 1/3 исследуемой воды, прибавить 2-3 капли раствора сегнетовой соли для удержания солей Ca и Mg и 5 капель реактива Несслера. Через 10 мин определяют содержание аммонийного азота.

Определение азота нитритов

Принцип метода основан на образовании ярко окрашенных азокрасок при взаимодействии нитритов в кислой среде с реактивом Грисса. Наливают 1/2 пробирки испытуемой воды, прибавляет 10 капель реактива Грисса и нагревают на водяной бане 5 мин. Приближенное содержание определяют по таблице 2.

Определение азота нитратов

Принцип метода основан на переводе салициловой кислоты растворенного в воде азота нитратов в нитропроизводные фенола, образующие со щелочью соединения, окрашенные в желтый цвет.

Качественная реакция: в пробирку налить 1/3 исследуемой воды, прибавить 2 капли 8% раствора поваренной соли, добавить 4-5 кристаллов дифениламина, взболтать. По стенке пробирки осторожно прилить 10 капель концентрированной серной кислоты.

Наличие азота нитратов в воде дает образование синего кольца.

Определение окисляемости воды.

Под окисляемостью воды понимается потребность в кислороде, необходимая для окисления продуктов распада органических веществ растительного и животного происхождения, содержащихся в воде. Окисляемость выражается количеством мг кислорода, расходуемого на окисление веществ в 1 литре воды

Высокая окисляемость воды обусловлена наличием в ней продуктов распада органических веществ растительного и животного происхождения. В чистых питьевых водах окисляемость не превышает 2-4 мг кислорода на 1 л воды. В болотных водах при отсутствии азотсодержащих веществ допускается окисляемость до 5-6 мг/л, т.к. в подобной воде органические вещества содержат гумус (растительное коллоидное вещество), являющейся питательной средой для микроорганизмов.

Определение окисляемости воды проводится титрованным раствором марганцовокислого калия в кислой среде. Принцип этого метода основан на способности марганцовокислого калия в кислой среде в присутствии органических веществ выделять атомарный кислород, идущий на их окисление. Раствор марганцовокислого калия при этом обесцвечивается вследствие превращения KMnO4 в MnSO4. По количеству разложившегося KMnO4 вычисляют окисляемость.

Реактивы:

0,01 н раствор KMnO4, 1 мл которого выделяет 0,08 мг кислорода;

0,01 н раствор щавелевой кислоты (1 мл которого идет на окисление 0,08 мг кислорода);

25% р-р серной кислоты.

3.4.3. Показатели качества водной среды

Для оценки качества вод, степени их чистоты или загрязнённости и возможности водопользования для тех или иных нужд применяются три группы показателей качества воды: физико-химические, биологические и органолептические (табл. 3.17).

К физико-химическим показателям качества воды относятся: содержание в ней солей, металлов, сухой остаток, жёсткость, кислотность.

Таблица 3.17

Характеристики качества вод

Биологические показатели качества характеризуют количество бактерий и микробов, количество органических примесей, биологический показатель качества (БПК).

Органолептические показатели качества воды – это её вкус, цвет, запах, прозрачность.

Показатели качества вод, используемых для разных нужд, имеют существенные различия.

3.4.3.1. Физико-химические показатели качества воды

Охарактеризуем более подробно физико-химические показатели качества воды.

Сухой остаток воды – это соли и вещества, которые остаются после её выпаривания. В воде источника и питьевой воде он не должен превышать 1 000 мг на литр. Более высокое содержание солей, если оно не обусловлено геологическими особенностями, даёт основание полагать, что соли поступают в водоём вместе с промышленными стоками.

Мутность определяют с помощью мутномера, в котором исследуемую воду сравнивают с эталонным раствором, приготовленным из инфузорной земли или каолина на основе дистиллированной воды. Мутность воды выражают в мг/л взвешенного вещества.

Жёсткость воды зависит от содержания солей кальция и магния, главным образом двууглекислых. Различают три вида жёсткости: общую, постоянную и устранимую.

Общая жёсткость воды – это жёсткость сырой воды, обусловленная содержанием всех соединений Са и Mg , независимо от того, с какими анионами они связаны.

Постоянная жёстк ость – это жёсткость воды после одночасового кипячения, зависящая от присутствия солей Са и Mg , не дающих осадка при кипячении (сульфаты и хлориды).

Устранимая жёсткость – это жёсткость воды, которая устраняется при кипячении, что связано с превращением бикарбонатов в нерастворимые соединения (монокарбокаты), которые выпадают в осадок.

Жёсткость измеряется в градусах или миллиграмм-эквивалентах.

За один градус жёсткости принимается количество солей Са и Mg эквивалентное 10 мг СаО , в одном литре воды:

1° жёсткости = 10 мг СаО в литре воды;

1 мг экв СаО – 28 мг/л СаО ;

1 мг экв СаО s 2,8° жёсткости.

Мягкой считается вода, имеющая жёсткость менее 10°, т.е. менее 100 мг СаО в 1 литре воды, умеренно жёсткой – от 10° до 20°, жёсткой – более 20°.

Очень жёсткая вода может оказывать на желудок человека послабляющее действие. Косвенное влияние жёсткой воды состоит в худшей усваиваемости организмом пищи: овощей, мяса, бобовых, которые плохо провариваются в жёсткой воде. При использовании жёсткой воды в промышленности происходит быстрое засорение труб осадками.

Важнейшим показателем качества воды является её кислотность или рН. Кислотность характеризует активность и определяется концентрацией ионов водорода. Чем меньше значение показателя, тем более кислой является вода.

Концентрация ионов водорода в дистиллированной воде при температуре 25 о С равна 1∙10 -7 моль/л.

pH равно десятичному логарифму величины обратной активности иона водорода и рассчитывается по формуле (3.17):

pH = - log V (H + ), (3.17)

где V (H + ) есть концентрация ионов водорода (моль/л).

рН атмосферной воды находится в пределах от 5 до 6 ед. рН . Под влиянием абсорбированных углекислого газа, окислов серы и азота (особенно в промышленных районах) атмосферная вода может становиться кислой и её рН понижается до 4 – 5 ед. рН . Для питьевой воды, как видно из табл.3.18, показатель рН находится в пределах от 6,5 до 8,5 ед. рН . Кислую реакцию вода приобретает при загрязнении её промышленными и другими сточными водами, содержащими кислоты и их соли.

Количество растворённого кислорода зависит от температуры воды и барометрического давления. В чистых открытых водоёмах при температуре + 5+15°С содержание кислорода составляет 3 – 6 мг/л, при сильном загрязнении оно снижается до нуля за счёт поглощения его водной фауной и загрязняющими воду органическими веществами.

Таблица 3.18

Шкала кислотности

Косвенными показателями является окисляемость воды, характеризуемая химической потребностью кислорода (ХПК ), и биологической потребностью кислорода (БПК ).

ХПК характеризует расход кислорода на окислительно-восстановительные процессы в воде, обусловленные её загрязнением химическими веществами (без учёта его расхода на биологические процессы, т.е. процессы, связанные с потреблением кислорода живыми организмами).

3.4.3.2. Биологические показатели качества воды

Биологические показатели качества воды можно разделить на прямые и косвенные. Прямые показатели – это общее число бактерий и количество кишечных палочек. Загрязнение микрофлорой характеризуется так называемый микробным числом, т.е. количеством бактерий в 1 мл воды.

Загрязнение кишечной палочкой выражается коли-индексом , определяющим количество кишечных палочек в 1 мл воды. Их значения для питьевой воды приведены в табл. 4.34. При эффективном обеззараживании в водопроводной воде микробное число не превышает 100 в 1 мл. В воде артезианских скважин оно не превышает 10-30, в воде незагрязнённых колодцев 300 – 400, а в воде сравнительно чистых водоёмов 1 000-1 500 в 1 мл. Коли-индекс после обеззараживания питьевой воды должен быть не более 3, в артезианских скважинах – менее 2, в колодцах – не более 10.

Окисляемость воды косвенно указывает на общее содержание в ней свежих органических веществ (мочевины, аминокислот и т.п.) и характеризуется биологической потребностью кислорода (БПК ).

С ростом концентрации органических веществ в воде окисляемость повышается. Для артезианских вод окисляемость не превышает 2 – 4 мг/л O 2 для открытых водоемов – 4 – 7 мг/л O 2 .

БПК характеризует загрязнение воды источника нестойкими органическими веществами. Существует способ учёта потребления кислорода за определённый срок хранения воды.

За критерий оценки биохимической потребности кислорода принимают величину уменьшения количества растворённого в воде кислорода в течение пяти суток при температуре + 20 °С (БПК 5 ).

В воде водоёмов с чистой водой за этот срок содержание кислорода уменьшается не более чем на 1 – 2 мг/л. В воде сильно загрязнённых источников через пять суток отмечается полное исчезновение кислорода.

Коэффициент накопления в гидробионтах К н определяют по формуле (3.18)

где С гидробионт – концентрация в гидробионтах; С вода – концентрация в воде.

При оценке состояния водных экосистем достаточно надёжными показателями являются характеристики состояния и развития всех экологических групп водного сообщества.

Из гидробиологических показателей качества в России нашёл наибольшее применение индекс сапробности водных объектов , который рассчитывают исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов, представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне). Индекс сапробности определяют по формуле (3.19)

где s i – значение сапробности гидробионта, которое задаётся специальными таблицами, h i – относительная встречаемость индикаторных организмов (в поле зрения микроскопа); n – число выбранных индикаторных организмов.

3.4.3.3. Органолептические показатели качества воды

К основным органолептическим показателям воды относятся запах, вкус, прозрачность и цвет воды.

Запах воды определяется при обычной температуре и при нагревании до 60 °С. Качественно запах характеризуется как: «хлорный», «землистый», «болотный», «нефтяной», «ароматический», «непреодолимый» и т.п. Качественно запах оценивается по пятибалльной системе, которая является общепринятой также для обозначения запаха воздуха, вкуса и запаха воды и пищевых продуктов (табл. 3.19).

Таблица 3.19

Шкала интенсивности запаха и привкуса питьевой воды

	Интенсивность запаха и привкуса	Характеристика интенсивности
	Очень слабый Заметный (средний) Отчётливый (сильный) Очень сильный		Отсутствие ощущения запаха или привкуса Запах или привкус не поддающиеся охарактериз-ованию, но определяемые в лаборатории опытным путём Запах или привкус, не привлекающие внимания потребителя но обнаруживаемые, если обратить на них внимание Запах или привкус, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде неодобрительно Запах и привкус, привлекающие внимание и делающие воду неприятной для питья Запах и привкус настолько сильны, что делают воду непригодной для питья

Вкус воды определяется только при уверенности, что она безопасна (отсутствуют ядовитые вещества и бактериальное загрязнение). Вкус характеризуют как: солоноватый, горький, кислый, сладкий. Говорят также, что вода имеет привкус: рыбный, металлический, неопределённый и т.д. Интенсивность привкуса оценивают в баллах. При определении привкуса и вкуса воды ею ополаскивают рот (примерно 10 мл) и не проглатывают.

Прозрачность воды определяют по печатному шрифту Снелла. Исследуемую воду взбалтывают и доверху наливают в бесцветный цилиндр, имеющий по высоте градуировку в сантиметрах и слабо-наклонный книзу отвод с краном. Дно цилиндра прозрачное. Шрифт подкладывают под дно цилиндра и пробуют различить буквы сквозь столб воды. Высота столба в сантиметрах указывает на степень прозрачности. Прозрачность воды характеризует наличие в ней взвешенных веществ и служит важным признаком её доброкачественности. Питьевая вода должна иметь прозрачность не менее 30 см.

По цвету вода определяется как бесцветная, слабо-жёлтая, буроватая и т.п. путём сравнения профильтрованной воды с равным объёмом дистиллированной окрашенной воды (не менее 40 мл).

Контрольные вопросы и задачи

1. Что представляет собой чистая вода и каковы её основные свойства?

2. Что такое загрязнение воды и каковы его последствия?

3. Какие показатели качества называются физико-химическими и каковы их значения для различных видов воды?

4. Что такое кислотность, окисляемость, жёсткость, растворённый кислород?

5. Как влияют на качество воды примеси металлов, солей, кислот, аммиака; фтор, органические вещества?

4. Что такое ХПК, БПК, БПК 5 ?

5. Что такое микробное число и коли-индекс?

6. Каковы основные органолептические показатели качества воды и как они определяются?

7. Как вы оцениваете вкус воды?

8. Какие запахи вы считаете приятными и какие неприятными?

9. Как вы оцениваете, какую часть мироощущения теряет человек, когда
перестаёт ощущать запахи?

10. Какую роль играют запахи в мире животных и растений?

11. Как определяется индекс сапробности?

12.Что такое индекс разнообразия и как он определяется?

Предыдущая

Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания, называется степенью насыщения кислородом. Эта величина зависит от температуры воды, атмосферного

давления и солености. Вычисляется по формуле:

Где

M - степень насыщения воды кислородом, %;

а - концентрация кислорода, мг/дм 3 ;

Р - атмосферное давление в данной местности, Па;

N - нормальная концентрация кислорода при данной температуре, минерализации (солености) и общем давлении 101308 Па.

Щелочность (рН)

Под щелочностью природных или очищенных вод понимают способность некоторых их компонентов связывать эквивалентное количество сильных кислот. Щелочность обусловлена наличием в воде анионов слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, боратов, сульфитов, гидросульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот, фосфатов). Их сумма называетсяобщей щелочностью . Ввиду незначительной концентрации трех последних ионов общая щелочность воды обычно определяется только анионами угольной кислоты (карбонатная щелочность). Анионы, гидролизуясь, образуют гидроксид-ионы:

CO 3 2- + H 2 O Û HCO 3 - + OH - ;

HCO 3 - + H 2 O Û H 2 CO 3 + OH - .

Щелочность определяется количеством сильной кислоты, необходимой для нейтрализации 1 дм 3 воды. Щелочность большинства природных вод определяется только гидрокарбонатами кальция и магния,pH этих вод не превышает 8,3.

Определение щелочности полезно при дозировании химических веществ, необходимых на обработку вод для водоснабжения, а также при реагентной очистке некоторых сточных вод. Определение щелочности при избыточных концентрациях щелочноземельных металлов важно для установлении пригодности воды для ирригации. Вместе со значениями рН щелочность воды служит для расчета содержания карбонатов и баланса угольной кислоты в воде.

Водородный показатель (рН)

CO 2 + H 2 0 Û H + + HCO 3 - Û 2 H + + CO 3 2- .

Для удобства выражения содержания водородных ионов была введена величина, представляющая собой логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком:

pH = -lg.

Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция. ИзмененияpH тесно связаны с процессами фотосинтеза (при потребленииCO 2 водной

растительностью высвобождаются ионыОН -). Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов:

Fe 2+ + 2H 2 O Þ Fe(OH) 2 + 2H + .

ЗначениеpH в речных водах обычно варьирует в пределах 6,5-8,5, в атмосферных осадках 4,6-6,1, в болотах 5,5-6,0, в морских водах 7,9-8,3. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величинаpH для большинства речных вод составляет 6,8-7,4, летом 7,4-8,2. ВеличинаpH природных вод определяется в некоторой степени геологией водосборного бассейна.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения, величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6,5-8,5.

ВеличинаpH воды - один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величиныpH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. ВеличинаpH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

В водоеме можно выделить несколько этапов процесса его закисления. На первом этаперН практически не меняется (ионы бикарбоната успевают полностью нейтрализовать ионыН + ). Так продолжается до тех пор, пока общая щелочность в водоеме не упадет примерно в 10 раз до величины менее 0,1 моль/дм 3 .

На втором этапе закисления водоемарН воды обычно не поднимается выше 5,5 в течение всего года. О таких водоемах говорят как об умеренно кислых. На этом этапе закисления происходят значительные изменения в видовом составе живых организмов.

На третьем этапе закисления водоемарН стабилизируется на значенияхрН <5 (обычнорН 4,5), даже если атмосферные осадки имеют более высокие значениярН . Это связано с присутствием гумусовых веществ и соединений алюминия в водоеме и почвенном слое.

Природные воды в зависимости от рН рационально делить на семь групп (табл. 3.3).