§ 1. Показатели качества природных вод

Состав природных вод. Среднегодовые ресурсы речного стока России оцениваются в 4,27 тыс. км3/год. В озерах сосредоточено 26,5 тыс. км3 пресных вод, в том числе в озере Байкал — 23 тыс.

Согласно классификации известного гидрохимика О. А. Але- кина, содержащиеся в природной воде примеси принято условно подразделять на 5 основных групп: 1) важнейшие ионы; 2) растворенные газы; 3) биогенные вещества; 4) микроэлементы; 5) органические вещества.

Из примесей первой группы в пресной воде в наибольших количествах содержатся катионы Na+, Са2+, Mg2+, К' и анионы

НСО3 , SO4 , С1 , СОз~. Другие катионы (Fe2+, Fe3+, Мп2+) и анионы (HSiOJ, SO3” , S2Cgt;3_) встречаются значительно реже и в меньших количествах.

Среди газов, растворенных в воде, ведущее место занимают

о2,              ео2, n2, h2s, сн4.

К биогенным примесям относят те соединения, с которыми связана жизнедеятельность растительных и животных организмов: различные формы азота (аммиачный, нитратный, нитрит- ный), фосфора, кремния, железа.

К микроэлементам относят примеси, которые содержатся в воде в количествах, меньших 10_3 %; из них на качество воды больше всего влияют бром, йод, фтор, медь, кобальт, никель и некоторые другие.

Органическое вещество природных вод представлено различного рода растительными и животными организмами, микроорганизмами, а также продуктами их взаимодействия с окружающей средой (ОС).

Минерализация речной воды обычно колеблется в широких пределах — от 200 до 1000 мг/л, в зависимости от источника питания реки и местности, по которой она протекает.

Санитарно-химический анализ природных вод. Совокупность основных свойств природной воды, обусловленных характером и концентрацией содержащихся в ней примесей, определяет качество воды. Для ее оценки выполняют анализ вод, определяя пригодность для использования в той или иной отрасли хозяйства.

К физическим показателям качества воды относятся: температура, запах, вкус, прозрачность, мутность, цветность, плотность и т. д.

Температура воды зависит от времени года и от температуры тех грунтов, с которыми она соприкасается. На водах подземных источников сезонные колебания температур сказываются мало, поэтому температура этих вод держится почти постоянной. Поверхностные воды меняют температуру в широких пределах, например, вода реки Нева в течение года изменяет свою температуру от 0,1 до 18 °С, а вода реки Днепр — от 1 до 28 °С.

Запах и вкус воды зависят от концентрации растворимых в воде газов и от химического состава примесей, а также температуры.

Причина запаха и привкуса воды объясняется присутствием, например, сероводорода и продуктов разложения растительных организмов, которые образуются при цветении водоемов, т. е. массовом развитии взвешенных водорослей. Со временем они отмирают, осаждаются на дно и разрушаются там микробами (гниют) с выделением неприятно пахнущих веществ.

Приятный и освежающий вкус воде придают растворенные в ней газы (кислород и диоксид углерода), а также небольшие количества гидрокарбоната кальция Са(НС03)2.

Цвет природных вод открытых водоемов чаще всего обусловливается органическими веществами, присутствующими в почве.

Органолептические показатели воды должны отвечать следующим требованиям: запах при 20 °С и при подогревании воды до 60 °С, баллы, не более 2; привкус при 20 °С, баллы, не более 2; цветность по платино-кобальтовой или имитирующей шкале, градусы, не более 20; мутность по стандартной шкале, мг/л, не более 1,5; водородный показатель pH должен быть в пределах 6,0-9,0.

Химические показатели качества воды. При определении химических показателей даются ответы на вопросы: а) пригодна ли вода для бытовых и технических нужд? б) нет ли в ней веществ, вызывающих коррозию металлов и бетона, или веществ, приводящих воду к вспениванию или отложению накипи?

Кроме того, на основании сопоставления результатов химического анализа природной воды с требованиями, предъявляемыми к очищенной воде, судят о том, каким процессам очистки следует подвергать природную воду для улучшения ее качества.

При полном санитарно-химическом анализе воды производят следующие определения: 1)* взвешенные вещества, мг/л; 2)* сухой остаток, мг/л; 3)* прокаленный остаток, мг/л; 4)* электропроводность, Ом^-см1; 5)* окисляемость, мг 02/л; 6)* растворенный кислород, мг/л; 7)* биохимическое потребление кислорода (ВПК5), мг/л 02; 8)* свободный хлор, мг/л; 9)* хлороемкость, мг/л; 10)* активную реакцию среды, pH; 11)* кислотность, мэкв/л; 12)* щелочность, мэкв/л; 13)* ионы Са2+, Mg2+, Fe2+,

Fe3+*, Mn2+, AI3\ Na+, K+, Cl-*, SO^, PO^, F", Г, мг/л; 14)* азотсодержащие вещества: азот аммонийных солей (NH^ ), нитриты

и нитраты, мг/л; 15)* жесткость воды, мэкв/л; 16)* углекислоту, мг/л: а) общую; б)* свободную (С02), в)* гидрокарбонатную

(НСО3); карбонатную; д) равновесную; е)* агрессивную; 17) диоксид кремния Si02, мг/л; 18) поверхностно-активные вещества; 19) сероводород H2S; 20) ионы тяжелых металлов Pbz+, Cu2+, Zn2+ и Sn2+ (мг/л).

Полный санитарно-химический анализ позволяет получить подробную характеристику воды, однако, как правило, ограничиваются определениями, отмеченными звездочками.

Взвешенные вещества. К ним относятся крупные частицы, (диаметром более 104 мм), которые задерживаются бумажными фильтрами. Взвешенные вещества характеризуют присутствие в воде глины, песка, частиц силикатных пород и др. Количество взвешенных частиц в воде зависит от условий охраны источника и времени. Подземные воды содержат меньше указанных частиц, нежели поверхностные, так как освобождаются от них при прохождении через грунт.

Сухой остаток, определяемый выпариванием фильтра, характеризует солесодержание и количество коллоидно-растворенных в воде веществ.

Прокаленный остаток позволяет определять наличие нелетучих примесей воды, которыми особенно богаты подземные воды.

Электропроводность позволяет судить о степени загрязнения воды электролитами, поскольку химически чистая вода практически не проводит электрический ток.

Окисляемость обусловлена присутствием в ней органических веществ и легко окисляющихся неорганических соединений (H2S, Fe2+, сульфитов, нитритов и др.). Она выражается массой кислорода, потраченного на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды. При ее определении в качестве окислителя органических веществ применяют КМп04 (перманганатная окисляемость).

Наименьшей окисляемостью (около 2 мг/л) характеризуются артезианские воды, у озерных окисляемость составляет от 5 до 8 мг/л, у болотных вод — до 400 мг/л 02. Резкое повышение окисляемости свидетельствует о загрязнении источника, что требует принятия надлежащих мер.

Химическая потребность в кислороде (ХПК) дает представление о содержании в воде органических веществ, способных к окислению сильными окислителями (в данном случае дихроматом калия К2Сг207).

Количество биологически окисляемых (при помощи микроорганизмов) органических веществ определяют по показателю биохимического потребления кислорода (ВПК). ВПК — это количество кислорода, которое требуется для полного окисления всех находящихся в воде органических веществ в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов. ВПК определяют по уменьшению количества кислорода в исследуемой воде (в расчете на 1 л) за 5 или 20 суток инкубации воды (в закрытом сосуде). ВПК не должен превышать 3 мг/л при 20 °С.

Хлороемкостъ, или хлоропоглощаемость воды, определяется количеством хлора (в мг/л), расходуемого при его контакте в течении 30 мин с исследуемой водой на окисление примесей, содержащихся в воде (например, гуминовых веществ, продуктов распада клетчатки, белковых соединений, солей железа (II), нитратов, сульфидов и т.

Общая (титруемая) щелочность воды обусловлена присутствием в воде ионов ОН , способных связываться с ионами водорода. Причиной появления щелочности в природной воде является гидролиз солей, образованных слабыми кислотами и,сильными основаниями (карбонаты и гидрокарбонаты кальция), проходящий по схеме:

Жесткость воды является важнейшим показателем качества воды, указывающим на содержание в ней хлоридов, сульфатов и гидрокарбонатов кальция и магния.

Активная реакция среды (pH). Для большинства природных вод pH соответствует среде, близкой к нейтральной (6,8-7,3). Постоянство pH природных вод обеспечивается наличием в них буферных смесей. Заметное изменение значения pH сигнализирует о происшедшем загрязнении воды продуктами распада органических соединений, сточными водами и др.

Растворенный кислород попадает в воду из воздуха, а также может образоваться в результате жизнедеятельности зеленых растений, населяющих близкие к поверхности слои воды. Концентрация кислорода в воде зависит от загрязненности воды и ее температуры. Так, при О °С этот показатель при давлении 1 атм составляет 14,56 мг/л, а при 30 °С почти в два раза меньше. Этим обстоятельством объясняется имеющий место массовый замор рыбы жарким летом в мелководных водоемах.

Сероводород H2S в воде есть следствие микробиологического разложения белковых веществ, восстановления гипссодержащих пород, а также гидролиза сульфидов. Он губительно действует на рыб, придает воде запах тухлых яиц, резко снижает содержание растворенного в воде кислорода.

Диоксид углерода попадает в воду вследствие разложения органических остатков в природных условиях — в воде и почве. В поверхностных водах (реках, озерах) его содержится не более 20 мг/л, а в подземных неминерализованных водах до 40 мг/л.

Йодиды и фториды. Отсутствие в питьевой воде йода (важнейшего микроэлемента) сказывается на умственном развитии человека; при малой концентрации другого микроэлемента — фтора (до 0,7 мг/л) развиваются болезни зубов: кариес (разрушение эмали) и флюороз (пятнистость эмали). Оптимальная доза фторидов лежит в пределах от 0,7 до 1,5 мг/л.