Методы охраны и регулирования качества водной среды

Водоснабжение города «чистой» водой, отвод большого количества использованных сточных вод, очистка сточных вод – это экологические проблемы города.

Хозяйственно-питьевое, культурно-бытовое и рыбохозяйственное водопользование. При хозяйственно-питьевом водопользовании (первая категория водопользования) водные объекты и их участки используются в качестве источника питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. При культурно-бытовом или рекреационном водопользовании (вторая категория водопользования) водные объекты используются для купания, занятий спортом и отдыха населения. К рыбохозяйственному водопользованию относится использование водных объектов для обитания рыб и других водных организмов. Следует отметить, что разные участки одного и того же водного объекта могут относиться к различным категориям водопользования. Источниками водоснабжения городов являются как поверхностные, так и подземные водоемы.

Состав природных вод очень сложен и многообразен. Каждый водный объект имеет свой биологический и химический состав воды. Состав вод поверхностных и подземных водных объектов формируется как под влиянием природных процессов, так и в результате воздействия хозяйственной деятельности людей.

Поверхностные водоемы загрязняются сбрасываемыми промышленными и коммунальными стоками, ливневыми водами, отводимыми с территории населенных пунктов, а также стоками с сельскохозяйственных угодий, животноводческих комплексов, птицефабрик. В результате в водные источники попадают тяжелые металлы, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, соединения азота и фосфора. Качество воды водоема будет зависеть от вида и количества загрязнений, а также от самоочищающей способности водоема.

Подземные воды обычно более защищены от загрязнений антропогенного происхождения. Чаще всего они загрязнены только природными соединениями железа и марганца.

Показатели качества природных вод. Пригодность воды для тех или иных целей оценивается по ее показателям качества. Качество воды определяется ее эпидемической и радиационной безопасностью, безвредностью химического состава и благоприятными органолептическими свойствами.

Эпидемическая безопасность воды нормируется микробиологическими и паразитологическими показателями. Самым общим санитарно-бактериологическим показателем является так называемое общее микробное число – наличие в 1 мл исследуемой воды определенного числа образующих колонии бактерий.

Радиационная безопасность воды определяется действующими нормативами показателей по объемной активности радионуклидов, а также по активности a- и b- излучения.

Органолептические показатели воды - запах, привкус, цветность, мутность. Запах и привкус воды определяются ее составом, а также концентрацией содержащихся в ней примесей и газов. Различные вкусовые ощущения придают воде растворенные в ней хлориды и сульфаты натрия, калия, железа, марганца и др. Показатели запаха и привкуса воды выражают в баллах.

Цветность воды зависит от содержания в ней органических и неорганических веществ. Она определяется в градусах путем сравнения с платинокобальтовой шкалой. Чистая вода в тонком слое бесцветна, в большом слое имеет голубоватый оттенок. Примеси придают воде специфический оттенок: соли железа – бурый, глина – желтый, гумусовые вещества – от желтого до коричневого.

Некоторые химические вещества, присутствующие в воде даже в небольших количествах, могут изменять органолептические показатели воды: вызывать запах, увеличивать мутность, придавать окраску, вызывать образование пены, образовывать пленку на поверхности воды, придавать воде привкус. В этом случае органолептический показатель становится лимитирующим показателем вредного воздействия этих веществ.

Рассмотрим обобщенные показатели, характеризующие химический состав воды. Степень минерализации определяется количеством сухого остатка в 1 мг на 1 л (дм³) воды. Минерализация речных вод определяется составом почвогрунтов водного бассейна, но иногда антропогенным загрязнением. Повышенной минерализацией отличаются подземные воды.

Водородный показатель (рН) определяет степень кислотности и щелочности воды. Поверхностные воды имеют чаще всего нейтральную или слабокислую реакцию. Болотные воды - кислую реакцию (рН< 6,5).

Общая жесткость воды характеризуется содержанием солей кальция, магния и железа.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) определяется как количество кислорода, затрачиваемое на биохимическое окисление содержащихся в единице объема воды органических веществ за 5 и 20 суток (БПК₅ и БПК₂₀). Показатели БПК дают представление о количестве органического вещества животного происхождения и используются для контроля состава хозяйственных и бытовых сточных вод.

Химическое потребление кислорода (ХПК) определяется как количество кислорода, необходимое для химического окисления, содержащихся в единице объема воды органических и минеральных веществ. В качестве окислителя при определении ХПК используется бихромат калия (бихроматная окисляемость воды).

Перманганатная окисляемость характеризует содержание в основном легкоокисляющихся органических веществ в воде. Определяют содержание в воде отдельных классов химических соединений: нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ и т.п.

Химический состав воды по отдельным вредным веществам регламентируется их предельно допустимой концентрацией.

Нормативы ПДК вредных веществ в водных объектах и сточных водах устанавливаются исходя из условий целевого использования водного объекта. Так, ПДК вредных веществ для рыб ниже, чем ПДК для человека. Поэтому требования к качеству вод в водоемах, используемых для рыбохозяйственных целей, более жесткие, чем для водных объектов хозяйственно-питьевого назначения.

Кроме значений ПДК, каждое вредное вещество характеризуется лимитирующим показателем вредного воздействия. Лимитирующим показателем вредности является тот признак вредности, который проявляется при наименьшей концентрации вещества. Выделяют три показателя вредного воздействия для вод хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования:

· санитарно-токсикологический – влияние на организм человека;

· органолептический – влияние на органолептические свойства;

· общесанитарный – влияние на процессы естественного самоочищения водоемов от патогенной микрофлоры.

В водных объектах рыбохозяйственного водопользования выделяют еще два лимитирующих показателя вредности: токсикологический и рыбохозяйственный. Принадлежность нескольких вредных веществ к одному и тому же лимитирующему показателю проявляется в суммировании их негативного воздействия. Для вод хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения учитывается класс опасности вредных веществ.

Содержание вредных веществ, для которых не установлены ПДК, нормируется ориентировочно допустимыми уровнями (ОДУ). ОДУ разрабатываются на основе расчетных экспресс-экспериментальных методов прогноза токсичности. По мере изучения токсикологических свойств данных веществ, их ОДУ заменяется значением ПДК. ОДУ применяется на стадии предупредительного контроля за предприятиями и очистными сооружениями.

В соответствии с требованиями ГН 2.1.5.689-98 [74] и ГН 2.1.5.963-00 с дополнениями, для вод хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования нормируются ПДК (мг/л) более 1300 вредных веществ и приводятся ОДУ (мг/л) около 400 веществ.

Показатели и оценка состояния природных вод поверхностных источников. Водные объекты хозяйственно-питьевого и культурно-бытового (рекреационного) водопользования должны отвечать общим требованиям к составу и свойствам воды для объектов этих категорий водопользования. Они определены СанПиН 2.1.5.980-00 [75].

· На поверхности воды не должны образовываться пленки нефтепродуктов, масел, жиров и скопление др. плавающих примесей.

· Окраска не должна обнаруживаться в столбике 20 см воды 1-й категории водопользования и 10 см – 2-й категории.

· Вода не должна приобретать запахи интенсивностью более 2-х баллов.

· Водородный показатель не должен выходить за пределы 6,5…8,5.

· Минерализация воды должна быть не более 1000 мг/дм³.

· Содержание растворенного кислорода должно быть не менее 4 мг/дм³.

· БПК₅ не должно превышать 2 мг О₂ / дм³ для воды 1-й категории водопользования и 4 мг О₂ / дм³ – 2-й категории.

· ХПК не должно превышать 15 и 30 мг О₂ / дм³ соответственно 1-й и 2-й категорий водопользования.

· Вода не должна содержать возбудителей кишечных инфекций.

· В 25 л воды не должны содержаться яйца гельминтов, онкосферы тениид и цисты патогенных кишечных простейших.

· Содержание общих колиформных бактерий в 100 мл воды должно быть не более 1000 и 500 КОЕ соответственно 1-й и 2-й категорий водопользования.

· Содержание колифагов в 100 мл воды (в бляшкообразующих единицах) должно быть не более 10.

· Суммарная объемная активность радионуклидов должна быть не более единицы.

Концентрации вредных веществ С_i, содержащихся в воде, должны отвечать условиям:

III и IV классов опасности С_i £ ПДК,

I и II классов опасности, характеризующихся однонаправленным механизмом токсического действия, £ 1.

Водные объекты рыбохозяйственного водопользования должны отвечать общим требованиям к составу и свойствам воды для объектов соответствующей рыбохозяйственной категории. Концентрации веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности должны отвечать условию

£ 1.

Одним из показателей оценки вод водоемов и водотоков является фоновая концентрация загрязняющего вещества. Она определяется в каждом створе водного объекта как статистически достоверная величина концентрации за последние три года наблюдений. Определяются фоновые показатели по взвешенным веществам, растворенному кислороду, ХПК, БПК₅, аммонийному, нитритному и нитратному азоту, общему фосфору, хлоридам, сульфатам, фосфатам, хроматам, тяжелым металлам, нефтепродуктам, фенолам, СПАВ, пестицидам.

Качество природной воды может быть оценено по 6 наиболее приоритетным показателям ее гидрохимического загрязнения, а именно по индексу загрязнения воды (ИЗВ). ИЗВ находят как среднеарифметическое значение из суммы 6 основных относительных показателей, определяемых как отношение их фактических значений к нормативным:

^,

где С_i – среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (обычно за год); ПДК_i – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества.

В зависимости от значения ИЗВ устанавливаются классы качества воды, которые используются для интегральной оценки загрязненности поверхностных вод (табл. 4.18). В число показателей обязательно входит концентрация растворенного кислорода и значение БПК₅ , а также 4 относительные концентрации наиболее приоритетных загрязняющих веществ (например, имеющие наибольшее значение С_i / ПДК_i).

Для определения степени загрязнения водоемов используются также методы биоиндикации.

Опасную экологическую обстановку в городе, требующую принятия срочных мер по устранению причин её возникновения, вызывают высокий и экстремально высокий уровни загрязнения водотоков и водоемов. Критериями высокого загрязнения поверхностных вод суши и морских вод являются показатели:

· максимально разовое содержание для нормируемых веществ 1 и 2 классов опасности в концентрациях, превышающих ПДК от 3 до 5 раз, для веществ 3 и 4 классов опасности – от 10 до 50 раз; величина БПК₅ - от 10 до 40 мг О₂ /дм³; снижение концентрации растворенного кислорода - до значений от 3 до 2 мг/дм³ ;

· покрытие пленкой (нефтяной, масляной или др. происхождения) от 1/4 до 1/3 поверхности водного объекта.

Таблица 4.18