Мониторинг природных сред

Мониторинг водных объектов Качество воды и организация контроля качества воды

Состав примесей воды как природной, так и сточной имеет решающее значение для выбора способа её очистки. Все вещества присутствующие в водах, можно разделить на взвешенные и растворе иные. В свою очередь растворе иные примеси природных вод подразделяются, согласно О.А. Алё кину, на органические вещества, главные ионы (макрокомпоненты), микроэлементы, биогенные вещества и растворё иные газы.

Взвешенные вещества. Количество взвешенных веществ RM, которое река переносит в единицу времени, называется расходом взвешенных наносов и выражается в кг/с. Содержание взвешенных веществ в воде См, выражаемое в г/м3 (мг/дм3), называется мутностью и связано с расходом взвешенных наносов соотношением

где Q - расход воды, м3/с или т/с.

Зависимость массы частиц т, переносимых водотоком, от скорости течения v, подчиняется закону Эри:

где А - коэффициент пропорциональности.

Общее содержание взвешенных веществ в речной воде также находится в прямой зависимости от скорости течения и расхода воды в реке. Основной причиной наличия взвешенных веществ в речных водах является эрозия склонов и русла . Величина эрозии зависит от сопротивления поверхности размыву и от энергии водотока Е, которая на участке L может быть вычислена по формуле

где Н - перепад высот для данного участка, м.

В соответствии с этим эрозия более ярко выражена в гористых местностях и слабее на равнинах. В связи с сезонными изменениями речного стока распределение переносимых речной водой взвешенных веществ в течение года неравномерно. В некоторых водоё мах источником взвешенных веществ органического происхождения является планктон, развитие которого наблюдается преимущественно в летние месяцы.

Производственные сточные воды нередко содержат значительные количества взвешенных веществ.

Органические вещества. Эта группа веществ включает различные органические соединения: органические кислоты, спирты, альдегиды и кетоны, сложные эфиры, в том числе эфиры жирных кислот (липиды), фенолы, гуминовые вещества, ароматические соединения, углеводы, азотсодержащие соединения (белки, аминокислоты, амины) и т. д. Ввиду сложности определения индивидуальных органических веществ, их

57

многообразия и малых природных концентраций для количественной характеристики используют косвенные показатели: общее содержание органических - углерода, азота и фосфора; окисляемость воды, биохимическое потребление кислорода (БПК) и др.

Органические вещества присутствуют в поверхностных водах в относительно невысоких концентрациях (обычно < 0,1 мг/дм3, или < 10'5М). Как правило, основной вклад вносят фульвокислоты, особенно в северных районах, где в гумифицированных реках содержание их достигает 100 мг/дм3. Вода при таких концентрациях приобретает коричневую окраску.

Имеются два основных источника поступления органических веществ в водоё мы. Во-первых, поступление извне, главным образом с площади водосбора с ливневыми и талыми водами. Во-вторых, образование органического вещества в самом водоё ме в результате метаболизма и биохимического распада остатков организмов.

Главные ионы. Содержание ионов в природных водах, определяющее величину их минерализации (солесодержание), изменяется в широких пределах. Принято следующее деление вод по величине минерализации: пресные - солесодержание до 1 г/дм3; солоноватые - солесодержание 1.25 г/дм3; соленые - солесодержание более 25 г/дм3.

Для поверхностных пресных вод различают малую минерализацию - до 200 мг/дм3, среднюю - 200.500 мг/дм3 и повышенную - 500.1000 мг/дм3.

В природных водах обычно содержатся катионы Н+, Na+, К+, NH+ , Са2+, Mg2+, Мп2+, А13+ и анионы ОН', НСО', СОз2', СГ, 802,', HS~, ИГ, Ш', F, Р04 Вг, Г, HSK)'.

В наиболее значительных количествах присутствуют, как правило, семь ионов: Na+, К+, Са2+, Mg2+, НСО', СГ, SO2'.

В соответствии с этим предложена классификация природных вод, по которой все природные воды подразделяются на три класса: гидрокарбонатные и карбонатные, сульфатные и хлоридные в зависимости от того, какой анион преобладает в составе их солей. Каждый класс уже по преобладающему катиону подразделяется на три группы - кальциевую, магниевую и натриевую.

Главные ионы поступают в природные воды из горных пород, минералов, почвы, а также в результате производственной деятельности человека. Интересно отметить, что в открытом океане независимо от абсолютной концентрации соотношения между главными компонентами основного солевого состава остаются примерно постоянными.

Сброс сточных вод в водоё мы и водотоки приводит в ряде случаев к значительному повышению солесодержания и изменению ионного состава природных вод.

Микроэлементы. В эту группу входят все металлы, кроме главных ионов и железа (медь, цинк, марганец и другие ионы переходных металлов), а также анионы брома, фтора, йода и другие, встречающиеся в природных водоё мах в очень малых концентрациях.

Биогенные вещества, главным образом соединения азота и фосфора. Их концентрация в пресных поверхностных водах изменяется в очень широких пределах: от следов до 10 мг/дм3. Наиболее важными источниками биогенных элементов являются внутриводоё мные процессы и поступление с поверхностным стоком, атмосферными осадками, промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами.

К биогенным элементам относят также соединения кремния, находящиеся в воде в виде коллоидных или истинно растворе иных форм кремниевой и поликремниевой кислот, и железа, находящегося в природных водах в основном в форме микроколлоидного гидроксида или в виде фульватных комплексов.

Наличие в воде NH + и N0' часто является (как и повышенная окисляемость) признаками недавнего загрязнения, а присутствие ионов N0 - признаком более раннего загрязнения воды.

Растворе иные газы (О2, СО2, N2, H2S, СН4И др.). Растворимость газа в воде зависит от его природы, парциального давления и температуры.

Процессы окисления, дыхания и фотосинтеза определяют взаимосвязь между содержанием в воде 02,С02. Их содержание подвержено сезонным и суточным колебаниям. Появление в природных поверхностных водах сероводорода или метана указывает на наличие гнилостных процессов, протекающих в водоё мах при ограниченном доступе кислорода. В природных условиях, как сероводород, так и метан чаще встречаются в подземных водах. Однако наличие этих газов в воде может быть следствием сброса неочищенных сточных вод. Так, дурнопахнущие сточные воды целлюлозно-бумажного производства содержат, кроме сероводорода, его органические производные: мети л меркаптан, диметилсульфид,

диметилдисульфид. Все эти соединения обладают высокой токсичностью и оказывают губительное воздействие на водную фауну и флору.

Основной причиной загрязнения водоемов, приводящей к ухудшению качества воды и нарушению нормальных условий жизнедеятельности гидробионтов, является сброс хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Особенно большой вред водоемам наносят стоки тех отраслей промышленности, которые являются основными потребителями воды. К их числу принадлежат в первую очередь химическая, горнометаллургическая, нефте- и углеперерабатывающая и целлюлозно-бумажная отрасли. Характер и степень отрицательного воздействия различных сточных вод на водоё мы и водные организмы не одинаковы, поскольку состав и концентрация примесей в сточных водах изменяются в широких пределах. Загрязняющие примеси могут быть органическими и минеральными, растворимыми и нерастворимыми, ядовитыми и неядовитыми. Поступление их в водоё м вызывает многообразные нежелательные последствия: засорение водоё ма нерастворимыми веществами, ухудшение физико-химических свойств воды и кислородного режима, изменение pH, повышение содержания органических веществ и минерализации и наконец, отравление водных обитателей токсичными веществами.

Таким образом, под влиянием сточных вод может происходить коренное изменение и ухудшение всего гидрохимического режима водоё мов, а следовательно, и условий обитания в них водных организмов.

По составу загрязнителей и характеру их действия на водоё мы и водные организмы все сточные воды разделяются на следующие четыре группы:

  • 1) содержащие неорганические примеси без специфических токсических свойств;
  • 2) содержащие неорганические примеси со специфическими токсическими свойствами;
  • 3) содержащие органические примеси без специфических токсических свойств;
  • 4) содержащие органические примеси со специфическими токсическими свойствами.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сернокислотных, азотнотуковых заводов, заводов черной металлургии, машиностроительных предприятий, рудообогатительных фабрик свинцовых цинковых, никелевых руд и др.

Основные загрязнители сточных вод этой группы - растворимые и нерастворимые неорганические вещества (соли, щелочи, кислоты, мышьяк, медь, свинец и другие тяжелые металлы, оксиды и гидроксиды металлов, сероводород, сернистые соединения), многие из которых обладают токсическими свойствами.

Под влиянием таких сточных вод изменяются цвет, прозрачность вкус и запах воды, на дне водоемов появляется отложение нерастворимых осадков, что затрудняет развитие донной фауны.

Взвешенные вещества забивают и повреждают жабры рыб, вызывают у них жаберные заболевания. В ряде случаев происходит засоление водоемов, изменение pH, жисткости, щелочности, минерализации, отравление водных организмов сероводородом, мышьяком и другими токсическими веществами. В результате в некоторых сильно загрязненных водоемах полностью исчезают рыбы и их кормовые объекты, обитающие в толще воды и в грунтах

Сточные воды второй группы (без специфических токсических свойств) сбрасываются углеобогатительными фабриками,

рудообогатительными фабриками кварцевых и марганцевых руд и др. Основными загрязнителями являются взвешенные минеральные вещества и мелкие частицы пустой породы. Влияние их на водоё мы и водные организмы аналогично сточным водам первой группы, но они менее вредны.

К третьей группе относятся сточные воды дрожжевых, пивоваренных, картофелекрахмальных, сахарных заводов и др. Основные загрязнители в них нетоксичные органические вещества. Эти вещества поглощают растворё нный в воде кислород и создают в водоеме кислородный дефицит. Кроме того, содержащиеся в сточных водах органические загрязнители под действием бактерий, грибов и простейших претерпевают в водоеме сложные

60

биохимические превращения с выделением часто газообразных ядовитых продуктов распада (сероводорода, аммиака, метана и др.). Последние в результате жизнедеятельности других групп бактерий окисляются, на что дополнительно расходуется растворенный в воде кислород, в результате чего еще более усугубляется возникший в воде кислородный дефицит.

Под влиянием таких сточных вод в водоеме повышается окисляемость и БПК, изменяются pH, щё лочность, прозрачность, цветность, т.е. нарушается нормальный гидрохимический режим водоема. Нерастворимые органические вещества сточных вод оседают на дно, постепенно разлагаются, поглощая растворе нный в воде кислород и выделяя газообразные продукты распада. Это ещё более ухудшает санитарное состояние водоё ма и порой приводит к гибели рыб и других водных организмов.

Поступление органических загрязнений в водоем часто способствует бурному развитию сине-зеленых водорослей, что приводит к так называемому «цветению» воды и обрастанию подводных предметов, т.е. к развитию на их поверхности некоторых бактерий, грибов, водорослей, простейших. В зависимости от природы и количества развивающихся водорослей цветение воды может играть или положительную роль, ускоряя самоочищение воды, или отрицательную, ухудшая ее свойства. Во время массового цветения вода становится мутной, зеленой, в ней появляются неприятные привкусы и запахи, и она делается непригодной для водоснабжения населения. При массовом отмирании водорослей образуются различные продукты их распада, поглощающие кислород из воды и токсические вещества. Все это вызывает вторичное загрязнение водоема.

К четвертой группе сточных вод относятся промышленные стоки химических, коксохимических, газосланцевых, нефтеперерабатывающих заводов. В них наряду с нетоксическими загрязнениями содержатся еще ядовитые вещества: красители, смолы, фенолы, спирты, альдегиды, нефтепродукты, сернистые соединения, сероводород и т. д. Эти сточные воды влияют на водоемы аналогично стокам первой группы, но более сильно. Они снижают содержание в воде кислорода, увеличивают ее окисляемость и БПК.

Основная масса органических веществ способна довольно быстро минерализоваться в результате окисления и деятельности микроорганизмов.

Бензол, масла, смолы, фенолы, пиридины и некоторые другие вещества минерализуются медленно, и поэтому образованное ими в водоеме загрязнение распространяется на десятки и даже сотни километров, особенно в быстротекущих реках. Тем более что эти загрязнители могут находиться в сточных водах в весьма значительных количествах.

Влияние таких сточных вод наиболее сильно сказывается на физических свойствах воды водоема. Вода приобретает окраску, неприятный фенольный медикаментозный запах и привкус, делается мутной, покрывается флуоресцирующей пленкой, мешающей естественному течению биологических процессов в водоеме, и становится непригодной для питья и хозяйственно-бытовых нужд населения и для водопоя скота.

Для каждого региона имеются свои специфические источники сброса и выброса, свои специфические загрязнители, которые могут вносить весьма существенный вклад в интегральный токсикологический фон.

Особенности нормирования химических веществ в водной среде обусловлены следующими факторами:

  • 1. Нормативы качества воды распространяются не на весь водный объект, а только на пункты водопользования населения
  • 2. С гигиенических позиций оценивается уровень загрязнения воды, предназначенный для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.
  • 3. Вода используется населением не только для питья, приготовления пищи, личной гигиены, но и для хозяйственно-бытовых и рекреационных целей.

Отсюда при нормировании учитывается непосредственное влияние химических загрязнителей на организм (санитарно-токсикологический показатель вредности), а также их влияние на органолептические свойства воды и процессы самоочищения воды водоемов (органолептический и общесанитарный показатель вредности).

Для водных объектов, используемых населением (поверхностные и подземные воды, питьевая вода, вода систем горячего водоснабжения), устанавливаются единые гигиенические нормативы (ПДК, ОДУ, ПДН).

Для веществ, загрязняющих воду, так же как для примесей в атмосферном воздухе, установлено раздельное нормирование качества воды. Однако принцип разделения здесь иной и связан с приоритетным назначением водного объекта или категориями водопользования.

Одновременно с ПДК для обеспечения чистоты водных объектов используется другой ограничительный норматив - лимитирующий показатель вредности, не имеющий количественной характеристики, но отражающий приоритетность требований к качеству воды в тех случаях, когда водный объект имеет полу функциональное назначение.

В основу приоритетности нормирования в водных объектах культурно- бытового и хозяйственно-питьевого назначения положены преимущественно санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический лимиты, а в рыбохозяйственных - токсикологический.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >