LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 25
(всего 27)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Средняя 5 10 Зоны широколиственных лесов,
степи, полупустыни и пустыни, а
также тундра
Повышенная 15 – 20 Северная и южная тайга
Окисляемость подвержена закономерным сезонным колебаниям. Их ха
рактер определяется, с одной стороны, гидрологическим режимом и завися
щим от него поступлением органических веществ с водосбора и, с другой,–
гидробиологическим режимом.
В водоемах и водотоках, подверженных сильному воздействию хозяйствен
ной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характе
ристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных ма
лозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость;
в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисля
емость (ХПК).
В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пун
ктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мг О/дм3;
в зонах рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30 мг О/дм3.
В программах мониторинга ХПК используется в качестве меры содержа
ния органического вещества в пробе, которое подвержено окислению силь
ным химическим окислителем. ХПК применяют для характеристики состоя
ния водотоков и водоемов, поступления бытовых и промышленных сточных
вод (в том числе, и степени их очистки), а также поверхностного стока.
Биохимическое потребление кислорода
Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как
количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в
аэробных условиях.
Полным биохимическим потреблением кислорода (БПКполн.) считается
количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до
начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для
окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК
не учитывается. В лабораторных условиях наряду с БПКполн. определяется БПК5
— биохимическая потребность в кислороде за 5 суток. Для бытовых сточных
вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК20, счи
тая что эта величина близка к БПКполн.
В поверхностных водах величины БПК5 изменяются обычно в пределах
0,5 4 мг O/дм3 и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Сезонные
изменения зависят в основном от изменения температуры и от исходной
228 Приложение 5

концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается
через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличива
ется в 2 3 раза при повышении температуры на 10oC. Влияние начальной
концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода
связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кисло
родный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохими
ческой активности.
Суточные колебания величин БПК5 также зависят от исходной концентра
ции растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на
2,5 мг/дм3 в зависимости от соотношения интенсивности процессов его про
дуцирования и потребления. Весьма значительны изменения величин БПК5
в зависимости от степени загрязненности водоемов.
Величины БПК5 в водоемах с различной степенью загрязненности
Степень загрязнения (классы водоемов) БПК5
Очень чистые 0,5 – 1,0
Чистые 1,1 – 1,9
Умеренно загрязненные 2,0 – 2,9
Загрязненные 3,0 – 3,9
Грязные 4,0 – 10,0
Очень грязные > 10,0

Биохимическое окисление различных веществ происходит с различной
скоростью. К легкоокисляющимся («биологически мягким») веществам от
носят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др.
Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин, пи
рокатехин, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушаются «биологичес
ки жесткие» вещества гидрохинон, сульфонол, неионогенные ПАВ и др. Для
водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно бытовыми сточны
ми водами, БПК5 составляет обычно около 70% БПКполн.
В зависимости от категории водоема величина БПК5 регламентируется
следующим образом: не более 3 мг O/дм3 для водоемов хозяйственно питье
вого водопользования и не более 6 мг O/дм3 для водоемов хозяйственно
бытового и культурного водопользования.
Полная биологическая потребность в кислороде БПКполн. для внутренних
водоемов рыбохозяйственного назначения (I и II категории) при 20оС не
должна превышать 3 мг O/дм3; для морей (I и II категории рыбохозяйствен
ного водопользования) пятисуточная потребность в кислороде (БПК5) при
20оС не должна превышать 2 мг O/дм3.
Определение БПК5 в поверхностных водах используется с целью оценки
содержания биохимически окисляемых органических веществ, условий оби
тания гидробионтов и в качестве интегрального показателя загрязненности
воды. Необходимо использовать величины БПК5 при контролировании эф
фективности работы очистных сооружений.
Показатели качества вод и формы миграции … в водной среде 229

Кальций
Главными источниками поступления кальция в поверхностные воды являют
ся процессы химического выветривания и растворения минералов, прежде
всего известняков, доломитов, гипса, кальцийсодержащих силикатов и дру
гих осадочных и метаморфических пород.
Растворению способствуют микробиологические процессы разложения
органических веществ, сопровождающиеся понижением рН.
Большие количества кальция выносятся со сточными водами силикатной,
металлургической, стекольной, химической промышленности и со стоками
сельскохозяйственных угодий, особенно при использовании кальцийсодер
жащих минеральных удобрений.
В речных водах содержание кальция редко превышает 1 г Са2+/дм3. Обыч
но его концентрации значительно ниже.
Довольно жесткие требования к содержанию кальция предъявляются к
водам, питающим паросиловые установки, поскольку в присутствии карбо
натов, сульфатов и ряда других анионов кальций образует прочную накипь.
Данные о содержании кальция в водах необходимы также при решении воп
росов, связанных с формированием химического состава природных вод, их
происхождением, а также при исследовании карбонатно кальциевого равно
весия.
Углерод (диоксид и карбонаты)
Диоксид углерода содержится в воде в основном в виде растворенных моле
кул CO2 и лишь малая часть его (около 1%) при взаимодействии с водой
образует угольную кислоту:
CO2 + H2O ? H2CO3 .
Диоксид углерода, гидрокарбонатные и карбонатные ионы являются ос
новными компонентами карбонатной системы. В растворе между ними су
ществует подвижное равновесие:
H2CO3 ? Н+ + HCO3– ? 2Н+ + CO32– .
Соотношение между компонентами в значительной мере определяется
величиной рН. При рН 4,5 и ниже из всех компонентов карбонатного равно
весия в воде присутствует только свободная углекислота. В интервале
рН=6—10 гидрокарбонатные ионы являются основной формой производных
угольной кислоты (максимальное их содержание при рН=8,3–8,4). При рН
более 10,5 главной формой существования угольной кислоты являются кар
бонатные ионы.
Главным источником поступления оксида углерода в природные воды яв
ляются процессы биохимического распада органических остатков, окисления
органических веществ, дыхания водных организмов.
Одновременно с процессами поступления значительная часть диоксида
углерода потребляется при фотосинтезе, а также расходуется на растворение
карбонатов и химическое выветривание алюмосиликатов:
230 Приложение 5

CaCO3 + CO2 + H2O ? Ca(HCO3)2 ,
HSiO3– + CO2 + H2O ? H2SiO3 + HCO3– .
Уменьшение диоксида углерода в воде происходит также в результате его
выделения в атмосферу.
Концентрация диоксида углерода в природных водах колеблется от несколь
ких десятых долей до 3 4 мг/дм3, изредка достигая 10 20 мг/дм3.
Обычно весной и летом содержание диокида углерода в водоеме понижа
ется, а в конце зимы достигает максимума. Диоксид углерода имеет исклю
чительно важное значение для растительных организмов (как источник угле
рода). В то же время повышенные концентрации CO2 угнетающе действуют
на животные организмы. При высоких концентрациях CO2 воды становятся
агрессивными по отношению к металлам и бетону в результате образования
растворимых гидрокарбонатов, нарушающих структуру этих материалов.
Основным источником гидрокарбонатных и карбонатных ионов в повер
хностных водах являются процессы химического выветривания и растворе
ния карбонатных пород типа известняков, мергелей, доломитов, например:
CaCO3 + CO2 + H2O ? Сa2+ + 2HCO3– ,
MgCO3 + CO2 + H2O ? Mg2+ + 2HCO3– .
Некоторая часть гидрокарбонатных ионов поступает с атмосферными осад
ками и грунтовыми водами. Гидрокарбонатные и карбонатные ионы выно
сятся в водоемы со сточными водами предприятий химической, силикатной,
содовой промышленности и т.д.
По мере накопления гидрокарбонатных и особенно карбонатных ионов
может выпадать осадок:
Ca(HCO3)2 ? CaCO3 + H2O + CO2 ,
Сa2+ + CO32– ? CaCO3 .
В речных водах содержание гидрокарбонатных и карбонатных ионов колеб
лется от 30 до 400 мг HCO3–/дм3, в озерах – от 1 до 500 мг HCO3–/дм3.


5.2. Соединения азота (ионы аммония,
нитриты, нитраты)
В природных и сточных водах азот выступает в четырех основных формах: в
виде иона аммония NH4+, нитрит ионов NO2–, нитрат ионов NO3– и в составе
органических соединений.
Повышение концентрации ионов аммония и нитритов обычно указывает
на свежее загрязнение, в то время как увеличение содержания нитратов — на
загрязнение в предшествующее время. Все формы азота, включая и газооб
разную, способны к взаимным превращениям.
Показатели качества вод и формы миграции … в водной среде 231

Содержание ионов аммония в природных водах варьирует в интервале от 10
до 200 мкг/дм3 в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных поверхно
стных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохи
мической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, раз
ложения мочевины под действием уреазы. Основными источниками поступ
ления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы,
хозяйственно бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий в
случае использования аммонийных удобрений, а также сточные воды пред
приятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промыш
ленности. В стоках промышленных предприятий содержится до 1 мг/дм3
аммония, в бытовых стоках — 2–7 мг/дм3; с хозяйственно бытовыми сточны
ми водами в канализационные системы ежесуточно поступает до 10 г аммо
нийного азота (в расчете на одного жителя).
Предельно допустимая концентрация в воде водоемов хозяйственно пить
евого и культурно бытового водопользования (ПДКв) установлена в размере
2 мг/дм3 по азоту или 2,6 мг/дм3 в виде иона NH4+ (лимитирующий показатель
вредности — санитарно токсикологический).
Присутствие аммония в концентрациях порядка 1 мг/дм3 снижает способ
ность гемоглобина рыб связывать кислород. Признаки интоксикации — воз
буждение, судороги, рыба мечется по воде и выпрыгивает на поверхность.
Механизм токсического действия — возбуждение центральной нервной сис
темы, поражение жаберного эпителия, гемолиз (разрыв) эритроцитов. Ток
сичность аммония возрастает с повышением pH среды. При переходе от оли
готрофных к мезо и эвтрофным водоемам возрастают как абсолютная кон
центрация ионов аммония, так и их доля в общем балансе связанного азота.
Повышенная концентрация ионов аммония может быть использована в
качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение санитарного
состояния водного объекта, процесс загрязнения поверхностных и подзем
ных вод, в первую очередь, бытовыми и сельскохозяйственными стоками.
В незагрязненных поверхностных водах концентрация нитрат ионов не
превышает величины порядка десятков микрограммов в литре (в пересчете
на азот). С нарастанием эвтрофикации абсолютная концентрация нитратно
го азота и его доля в сумме минерального азота возрастают.
Значения предельно допустимых концентраций нитратов для овощей
и фруктов, мг/кг [87]
Культура ПДКпр.
Листовые овощи 250
Перец сладкий 900
Кабачки 250
Дыни 150
Арбузы 150
Виноград столовый 1400
232 Приложение 5

Культура ПДКпр
Яблоки 80
Груши 600
Картофель 2000
Капуста ранняя 200
Морковь 400
Томаты 90
Огурцы 60
Свекла столовая 60
Лук репчатый 60
Лук перо 60
Предельно допустимая концентрация в воде водоемов (ПДКв) установлена
в размере 10 мг/дм3 по азоту или 45 мг/дм3 в виде иона NO3– (лимитирующий
показатель вредности — санитарно токсикологический). В требованиях к
составу воды хозяйственно питьевого назначения также указан норматив,
соответствующий 10 мг/дм3 по азоту или 45 мг/дм3 в виде иона NO3– (тожде
ственно равен стандарту США для питьевой воды).
Нитрит ионы (NO2–) представляют собой промежуточную ступень в цепи
бактериальных процессов окисления аммония до нитратов и, напротив, вос
становления нитратов до азота и аммиака. Подобные окислительно восста
новительные реакции характерны для станций аэрации, систем водоснабже
ния и собственно природных вод. Кроме того, нитриты используются в каче
стве ингибиторов коррозии в процессах водоподготовки технологической воды
и поэтому могут попасть и в системы хозяйственно питьевого водоснабже
ния. Широко известно также применение нитритов для консервирования
пищевых продуктов. Концентрация нитритов в поверхностных водах состав
ляет сотые (иногда даже тысячные) доли милиграмма в литре; в подземных
водах концентрация нитритов обычно выше, особенно в верхних водоносных
горизонтах (сотые, десятые доли милиграмма в литре).
В воздействии на человека различают первичную токсичность собственно
нитрат иона; вторичную, связанную с образованием нитрит иона, и третич
ную, обусловленную образованием из нитритов и аминов нитрозаминов.
Смертельная доза нитратов для человека составляет 8–15 г; допустимое су
точное потребление по рекомендациям ФАО/ВОЗ — 5 мг/кг массы тела.
Предельно допустимая концентрация нитритов в воде водоемов (ПДКв)
установлена в размере 3,3 мг/дм3 в виде иона NO2– или 1 мг/дм3 в пересчете
на азот нитритов. Показатель вредности — санитарно токсикологический.
При длительном употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, со
держащих значительные количества нитратов (от 25 до 100 мг/дм3 по азоту),
резко возрастает концентрация метгемоглобина в крови. Крайне тяжело про
текают метгемоглобинемии у грудных детей (прежде всего, искусственно
вскармливаемых молочными смесями, приготовленными на воде с повышен
Показатели качества вод и формы миграции … в водной среде 233

ным — порядка 200 мг/дм3 — содержанием нитратов) и у людей, страдающих
сердечно сосудистыми заболеваниями. Особенно опасны грунтовые воды и
питаемые ими колодцы, поскольку в открытых водоемах нитраты частично
потребляются водными растениями.
Присутствие нитрата аммония в концентрациях порядка 2 мг/дм3 не вы
зывает нарушения биохимических процессов в водоеме; подпороговая кон
центрация этого вещества, не влияющая на санитарный режим водоема,
10 мг/дм3. Повреждающие концентрации соединений азота (в первую оче
редь, аммония) для различных видов рыб составляют величины порядка со
тен милиграммов в литре воды.
Наряду с описанными эффектами воздействия немаловажную роль играет
тот факт, что азот — это один из первостепенных биогенных (необходимых
для жизни) элементов. Именно этим обусловлено применение соединений
азота в качестве удобрений, но, с другой стороны, с этим связан вклад выне
сенного с сельскохозяйственных земель азота в развитие процессов эвтрофи
кации (неконтролируемого роста биомассы) водоемов. Так, с одного гектара
орошаемых земель выносится в водные системы 8 10 килограммов азота.
В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состоя
ния окружающей среды (ГСМОС) нитрит и нитрат ионы входят в програм
мы обязательных наблюдений за составом питьевой воды и являются важны
ми показателями степени загрязнения и трофического статуса природных
водоемов.


5.3. Соединения фосфора
В природных водах фосфор присутствует в виде минеральных и органических
соединений, причем последние — в растворенном и коллоидном состояниях.
Кроме того, фосфор содержится в воде во взвешенных веществах также ми
нерального (апатиты, фосфориты и др.) и органического (остатки живых
организмов) происхождения. Основной формой неорганического фосфора при
значениях pH водоема больше 6,5 является ион HPO42–. Так же, как и для
азота, обмен фосфором между его минеральными и органическими формами
с одной стороны, и живыми организмами — с другой, является основным
фактором, определяющим его концентрацию.
Концентрация фосфатов в природных водах обычно очень мала — сотые,
редко десятые доли милиграммов фосфора в литре. Подземные воды содер
жат обычно не более 100 мкг/дм3 фосфатов; исключение составляют воды в
районах залегания фосфорсодержащих пород. В водные объекты соединения
фосфора могут поступать в виде орто , мета , пиро и полифосфат ионов
(удобрения, синтетические моющие средства, добавки, предупреждающие
образование накипи в котлах и т.п.), а также в виде разнообразных фосфор
содержащих органических соединений (включая пестициды).
234 Приложение 5

Формы фосфора в природных водах
Химические Общий Фильтруемый Частицы
формы Р (растворенный)
Общий Общий растворен Общий раство Общий фосфор в
ный и взвешенный ренный фосфор частицах
фосфор
Орто Общий растворен Растворенные Ортофосфаты
фосфаты ный и взвешенный ортофосфаты в частицах
фосфор
Гидролизи Общие растворен Растворенные Гидролизируемые
руемые ные и взвешенные гидролизируемые кислотой фосфаты
кислотой гидролизируемые кислотой в частицах
фосфаты кислотой фосфаты фосфаты
Органичес Общий растворен Растворенный Органический
кий фосфор ный и взвешенный органический фосфор в частицах
органический фосфор фосфор

Общее токсическое действие солей фосфорной кислоты возможно лишь
при весьма высоких дозах и чаще всего обусловлено примесями фтора.
Установленное допустимое остаточное количество полифосфатов в воде
хозяйственно питьевого назначения составляет 3,5 мг/дм3 (лимитирующий
показатель вредности — органолептический). В методике оценки экологи
ческой ситуации, принятой Минэкологии РФ, рекомендован норматив со
держания растворимых фосфатов в воде — 50 мкг/дм3.
Фосфор — важнейший биогенный элемент, чаще всего лимитирующий
развитие продуктивности водоемов. Поэтому поступление избытка соедине
ний фосфора с водосбора (в виде минеральных удобрений с поверхностным
стоком с полей (с гектара орошаемых земель выносится 0,4 0,6 кг фосфора),
со стоками с ферм (0,01 0,05 кг/сут. на одно животное), с недоочищенными
или неочищенными бытовыми сточными водами (0,003 0,006 кг/сут. на од
ного жителя), а также с некоторыми производственными отходами приводит
к резкому неконтролируемому приросту растительной биомассы водного
объекта (это особенно характерно для непроточных и малопроточных водо
емов). Происходит так называемое изменение трофического статуса водоема,
сопровождающееся перестройкой всего водного сообщества и ведущее к пре
обладанию гнилостных процессов (и, соответственно, возрастанию мутнос
ти, солености, концентрации бактерий).
Один из вероятных аспектов процесса эвтрофикации — рост сине зеленых
водорослей (цианобактерий), многие из которых токсичны. Выделяемые эти
ми организмами вещества относятся к группе фосфор и серосодержащих
органических соединений (нервно паралитических ядов). Действие токсинов
сине зеленых водорослей может проявляться в возникновении дерматозов,
желудочно кишечных заболеваний; в особенно тяжелых случаях — при по
Показатели качества вод и формы миграции … в водной среде 235

ступлении большой массы водорослей внутрь организма может развиваться
паралич.
Избыточное содержание фосфатов воде, особенно в грунтовой, может быть
отражением присутствия в водном объекте примесей удобрений, компонен
тов хозяйственно бытовых сточных вод, разлагающейся биомассы. В соот
ветствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окру
жающей среды (ГСМОС/GEMS) в программы обязательных наблюдений за
составом природных вод включено определение содержания общего фосфора
(растворенного и взвешенного, в виде органических и минеральных соедине
ний). Фосфор является важнейшим показателем трофического статуса при
родных водоемов.
Без предварительной подготовки проб колориметрически определяются
неорганические растворенные и взвешенные фосфаты.


5.4. Соединения серы (сероводород, сульфиды и
сульфаты)
Обычно в водах сероводород не содержится или же присутствует в незначи
тельных количествах в придонных слоях, главным образом в зимний период,
когда затруднена аэрация и ветровое перемешивание водных масс. Иногда
сероводород появляется в заметных количествах в придонных слоях водоемов
и в летнее время в периоды интенсивного биохимического окисления орга
нических веществ. Наличие сероводорода в водах служит показателем силь
ного загрязнения водоема органическими веществами.
Главным источником сероводорода и сульфидов в поверхностных водах
являются восстановительные процессы, протекающие при бактериальном
разложении и биохимическом окислении органических веществ естественно
го происхождения и веществ, поступающих в водоем со сточными водами
(хозяйственно бытовыми, предприятий пищевой, металлургической, хими
ческой промышленности, производства сульфатной целлюлозы и др.). Осо
бенно интенсивно процессы восстановления происходят в подземных водах
и придонных слоях водоемов в условиях слабого перемешивания и дефицита
кислорода. Значительные количества сероводорода и сульфидов могут посту
пать со сточными водами нефтеперерабатывающих заводов, с городскими
сточными водами, водами производств минеральных удобрений.
Концентрация сероводорода в водах быстро уменьшается за счет окисле
ния кислородом, растворенным в воде, и микробактериологических процес
сов (тионовыми, бесцветными и окрашенными серными бактериями).
В процессе окисления сероводорода образуются сера и сульфаты. Интен
сивность процессов окисления сероводорода может достигать 0,5 г H2S на
литр в сутки.
Причиной ограничения концентраций в воде является высокая токсич
ность сероводорода, а также неприятный запах, который резко ухудшает ор
236 Приложение 5

ганолептические свойства воды, делая ее непригодной для питьевого водо
снабжения и других технических и хозяйственных целей. Появление серово
дорода в придонных слоях служит признаком острого дефицита кислорода и
развития заморных явлений.
Для водоемов санитарно бытового и рыбохозяйственного пользования
наличие сероводорода и сульфидов недопустимо (ПДК — полное отсутствие).
Сульфаты присутствуют практически во всех поверхностных водах. Сульфат
ион является одним из самых распространенных анионов.
Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются процес

<< Пред. стр.

страница 25
(всего 27)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign