В мониторинге водных объектов

Е.В. Пименова

 

Химические методы анализа

В мониторинге водных объектов

 

 

Допущено Учебно-методическим объединением вузов

Российской Федерации по агрономическому образованию

в качестве учебного пособия для подготовки

бакалавров по направлению 110100 «Агрохимия и агропочвоведение»

 

Пермь

ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА»

2011

УДК 504.45.064.36

ББК

 

 Рецензенты:

профессор кафедры химии природных и биологически активных соединений

Пермского государственного университета им. А.М. Горького, д.х.н. Д.Д. Некрасов;

Зав. кафедрой общей химии Пермской государственной сельскохозяйственной академии им. Д.Н. Прянишникова, профессор, д.х.н. Л.П. Юнникова.

 

 

Пименова,  Е.В. Химические методы анализа в мониторинге водных объектов[Текст]: / Е.В. Пименова; М-во с.-х. РФ, ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА. – Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2011.- 138 с.-100 экз.

 

Учебное пособие, написанное заведующей кафедрой экологии, к.х.н. Е.В. Пименовой, предназначено для магистров и бакалавров направления «Агрохимия и агропочвоведение», обучающихся по профилю «Агроэкология», для проведения лабораторных работ и организации самостоятельной работы студентов при изучении дисциплин «Химия окружающей среды», «Методы экологических исследований», «Экологический мониторинг агроландшафтов», «Экологическая химия».

Может быть использовано в качестве лабораторного практикума и для организации самостоятельной работы студентов разного уровня подготовки при изучении других дисциплин, связанных с экологическим мониторингом водных объектов, при выполнении курсовых и выпускных квалификационных работ.

Пособие может представлять интерес и для специалистов агропромышленного комплекса, занимающихся агроэкологическим мониторингом и оценкой качества воды как в естественных водоемах, как в технологических процессах.

 

Учебное пособие рекомендовано к изданию кафедрой экологии (протокол № 7 от 25.04.2011 г.) и методической комиссией агрохимического факультета (протокол № 7 от 3.05.2011 г.).

 

 

© ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2011

СОДЕРЖАНИЕ

 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.. 6

ВВЕДЕНИЕ. 7

1. Химический состав природных вод.. 8

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

 

БПК	биохимическое потребление кислорода
БПК5	биохимическое потребление кислорода за пять суток
БПКп	биохимическое потребление кислорода полное
С	концентрация
ОВП	окислительно-восстановительный потенциал
Е	потенциал электрода
рН	водородный показатель, отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации катионов водорода в растворе
М	молярная концентрация: число молей веществ в 1 дм^3 раствора
ЭДС	электродвижущая сила (разность потенциалов двух электродов электрохимической ячейки)
ДСД	допустимая суточная доза
ЛПВ	лимитирующий признак (показатель) вредности
Н	молярная концентрация эквивалента (ранее нормальность): число молей эквивалентов в 1 дм^3 раствора
ОБУВ	ориентировочно безопасный уровень воздействия
ПВ	признак (показатель) вредности
ПДК	предельно допустимая концентрация
ПДКр.х.	предельно допустимая концентрация  для рыбохозяйственного водопользования
ПДС	предельно допустимый сброс
СП	санитарные правила
СанПиН	санитарные правила и нормы
ТМ	тяжелые металлы
УЭП	удельная электропроводность
ХПК	химическое потребление кислорода

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Природные и сточные воды являются сложными многокомпонентными системами. Будущий агроэколог должен представлять роль естественных и антропогенных процессов в формировании качества водной среды, знать основы гидрохимии, владеть навыками проведения химического анализа основных компонентов природных и сточных вод, а также интерпретации полученных результатов с использованием нормативно-правовой базы.

     В данном пособии описаны основные показатели качества воды и рассмотрены естественные и антропогенные факторы, определяющие их. В нем приведены методики анализа природных и сточных вод с применением химических и физико-химических методов, используемых в настоящее время в соответствии с государственными стандартами. При описании современных методик большое внимание отводится таким этапам анализа как отбор пробы, ее хранение, подготовка к анализу, его проведение, обработка и интерпретация полученных результатов. Исследование качества воды заключается в сопоставлении результатов анализа воды по определенным параметрам с установленными стандартами, поэтому в приложении приведены значения ПДК некоторых загрязнителей для разных типов водопользования.

 Пособие предназначено для проведения лабораторных занятий  по дисциплинам, в которых рассматриваются водные экосистемы, а также при выполнении курсовых и выпускных квалификационных работ бакалаврами, студентами специалитета и магистрантами, обучающимися по направлению «Агрохимия и агропочвоведение», «Экология и природопользование», «Биология». Пособие может представлять интерес и для специалистов, занимающихся агроэкологическим мониторингом и оценкой качества воды как в естественных водоемах, как в технологических процессах агропромышленного комплекса.

Сточные воды

 

Сточными водами называются воды, поступающие от населенных пунктов, промышленных или сельскохозяйственных предприятий и иных объектов, подлежащие очистке от различных примесей.

В зависимости от происхождения и качественных характеристик примесей сточные воды  можно  разделить на четыре основные категории:

– промышленные;

– сельскохозяйственные;

–хозяйственно-бытовые (коммунальные, фекальные);

– атмосферные (или дождевые, ливневые).

К хозяйственно-бытовым сточным водам относятся стоки душевых, бань, прачечных, столовых, туалетов и др. Содержание в них азота составляет в среднем 25-30 мг/дм³, а фосфора - 6-8 мг/дм³.Они содержат различные примеси, из которых примерно 58 % органических и 42 % минеральных веществ. Принято считать, что в сточные воды в сутки поступает на одного человека в граммах: аммонийного азота – 7– 8; хлоридов – 8–9; калия – 3; фосфатов – 1,5–1,8; органических веществ – 5–7. Из органических веществ в сточных водах присутствуют мочевина (до 40%), мыла (до 23,5%), жиры, крахмал и т.д. Одним из самых загрязненных составляющих бытового стока является моча. В ее составе обнаружено 229 химических соединений, в том числе 103 азотсодержащих вещества, 30 электролитов, 22 витамина, 38 гормонов, 10 энзимов, а также углеводы, липиды, органические кислоты.

Атмосферные сточные воды образуются в результате выпадения дождей или при таянии снега при смывании образующимися потоками воды загрязняющих веществ с селитебных территорий, в том числе городских улиц, промышленных площадок и т.д.

Промышленными сточными водами называются жидкие отходы, которые образуются при добыче органического и неорганического сырья и его переработке в промышленную продукцию, а также в процессе изготовления из него товаров широкого потребления. В зависимости от конечного получаемого продукта и применяемой технологии они содержат разнообразные минеральные и органические вещества.

Промышленные сточные воды подразделяются на условно чистые и грязные. Условно чистыми водами являются воды, получающиеся в процессах охлаждения, конденсации и т.д. Эти воды охлаждаются в городских прудах или градирнях, очищаются от механических примесей и масел, а затем возвращаются в производство при небольшой добавке свежей воды.

     Сельскохозяйственные сточные воды подразделяются на сточные воды от животноводческих комплексов и поверхностные стоки с полей. Первый тип сточных вод характеризуется большим количеством органических загрязнителей – до 10 г/дм³, высоким содержанием азота – до 1,5 г/дм³, содержание фосфора 0,06 - 0,10 г/дм³. Поверхностные сточные воды, поступающие в водные объекты, содержат вещества, используемые в качестве удобрений и средств защиты растений от вредителей (соединения азота, фосфора, калия, пестициды). Концентрация биогенов и пестицидов в них зависит от количества вносимых химикатов, а также от правильности  их складирования, хранения  и применения.

     Грязные сточные воды подлежат очистке. Они могут подвергаться механической, физико-химической, биологической очистке, при этом могут быть использованы как деструктивные, так и регенеративные методы.

 Процесс очистки может происходить как на предприятии, так и на городских биологических очистных сооружениях, причем в последнем случае на предприятии должны уменьшить содержание всех загрязняющих веществ до концентраций, не вызывающих нарушений работы активного ила в аэротенках.

Сточные воды, направляемые на биологическую очистку, характеризуются величиной БПК и ХПК.

БПК – это биохимическое потребление кислорода, или количество кислорода, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ (исключая процессы нитрификации) за определенный промежуток времени (2; 5; 8; 10; 20 суток).

ХПК – это химическое потребление кислорода, т.е. количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде. В качестве окислителя используют дихромат калия в среде концентрированной серной кислоты.

 Если ХПК существенно превышает БПК, это свидетельствует о высоком содержании биохимически неокисляющихся веществ.

Эвтрофикация водоемов

 

     Эвтрофирование – повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных и естественных факторов.

     Эвтрофирование представляет собой естественный процесс эволюции водоема. С момента «рождения» водоем в естественных условиях проходит несколько стадий в своем развитии: на ранних стадиях от ультраолиготрофного до олиготрофного, далее становится мезотрофным и в конце концов водоем превращается в эвтрофный и гиперэвтрофный – происходит «старение» и гибель водоема с образованием болота.  Если в естественных условиях эвтрофирование какого-либо озера протекает за 1000 лет и более, то в результате антропогенного воздействия это может произойти в сто и даже тысячу раз быстрее.

     Антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ, прежде всего азота и фосфора. Если отношение содержания общего азота к содержанию общего фосфора меньше 10, то первичная продукция фитопланктона лимитируется азотом, при N: P > 17 – фосфором, при N: P = 10-17 – азотом и фосфором одновременно. Для водоемов умеренной зоны решающую роль играет фосфор. В настоящее время критическими концентрациями азота и фосфора (включая общий фосфор, ортофосфаты, общий азот и растворенный неорганический азот аммоний, нитриты и нитраты) во время интенсивного перемешивания вод, при котором создаются потенциальные условия для цветения водорослей, считаются следующие: для фосфора 0,01 мг/дм³, для азота 0,3 мг/дм³.

     Биогенные компоненты поступают в природные экосистемы как водным, так и воздушным путем. Основными загрязнителями  водоемов биогенными веществами служат азотные и фосфорные удобрения, отходы животноводства, фосфорсодержащие пестициды. К эвтрофированию может привести строительство водохранилищ без надлежащей очистки ложа, строительство плотин, образование застойных зон, тепловое загрязнение воды, сброс сточных вод, особенно коммунально-бытовых, содержащих детергенты, в том числе и прошедших биологическую очистку,

     Основные критерии для характеристики эвтрофирования водоемов – это:

· уменьшение концентрации растворенного кислорода в водной толще;

· увеличение содержания взвешенных частиц, особенно органического происхождения;

· увеличение концентрации фосфора в донных отложениях;

· уменьшение проникновения света (возрастание мутности воды);

· увеличение концентрации газов, образующихся при разложении органических остатков при недостатке кислорода – аммиака, метана, сероводорода;

· показатель кислотности воды при 100% насыщении кислородом       (рН_100%);

· последовательная смена популяций водорослей с преобладанием сине-зеленых и зеленых водорослей;

· значительное увеличение биомассы фитопланктона;

· обнаружение альгитоксинов.

     В качестве прямого индикатора трофического состояния водоема обычно используется концентрация хлорофилла «а», который является основным фотосинтетическим пигментом. Значение его концентрации в пробе воды является репрезентативным индикатором биомассы водорослей, точной мерой эвтрофирования водоемов. Поэтому определение хлорофилла «а» регулярно используется при измерении «откликов» водоемов на биогенную нагрузку с целью их восстановления.

      Вследствие массового размножения сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшаются условия жизни гидробионтов и качество воды, прежде всего, ее органолептические свойства. Сине-зеленые водоросли в результате своей жизнедеятельности производят при определенных условиях сильнейшие токсины, которые представляют опасность для живых организмов и человека. Они не имеют ни цвета, ни запаха, не разрушаются при кипячении.  Альгитоксины по своей токсичности не имеют себе равных. Они могут вызывать цирроз печени, дерматиты у людей, отравление и гибель животных.

     Фактором риска при использовании воды эвтрофированных водоемов является создание в них благоприятных условий для развития промежуточных форм возбудителей и переносчиков паразитарных болезней.

 

Самоочищение водоемов

 

     Поступающие в водоем загрязнения вызывают в нем нарушение естественного равновесия. Способность водоема противостоять этому нарушению, освобождаться от вносимых загрязнений и составляет сущность процесса самоочищения.

     Самоочищение водных систем обусловлено многими природными, а иногда и техногенными факторами. К числу таких факторов относятся различные гидрологические, гидрохимические и гидробиологические процессы. Условно  можно выделить три типа самоочищения: физическое, химическое, биологическое.

     Среди физических процессов первостепенное значение имеет разбавление (перемешивание). Хорошее перемешивание и снижение концентрации взвешенных частиц обеспечивается интенсивным течением рек. Способствует самоочищению водоемов отстаивание загрязненных вод и оседание на дно нерастворимых осадков, сорбция загрязняющих веществ взвешенными частицами и донными отложениями. Для летучих веществ важным процессом является испарение.

     Среди химическим факторов самоочищения водоемов главную роль играет окисление органических и неорганических веществ. Окисление происходит в воде при участии растворенного в ней кислорода, поэтому чем выше его содержание, тем быстрее и лучше протекает процесс минерализации органических остатков и самоочищения водоема. При сильном загрязнении водоема запасы растворенного кислорода быстро расходуются, а накопление его за счет физических процессов газообмена с атмосферой протекает медленно, отчего самоочищение замедляется. Самоочищение воды может происходить и вследствие некоторых других реакций, при которых образуются трудно растворимые, летучие или нетоксичные вещества, например, гидролиза пестицидов, реакции нейтрализации и др. Содержащиеся в природной воде карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния нейтрализуют кислоты, а растворенная в воде угольная кислота нейтрализует щелочи.

     Под влиянием ультрафиолетового излучения солнца  в поверхностных слоях водоема происходит фоторазложение некоторых химических веществ, например ДДТ, и обеззараживание воды – гибель патогенных бактерий. Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется их влиянием на протоплазму и ферменты микробных клеток, что вызывает их гибель. Ультрафиолетовые лучи оказывают губительное воздействие на вегетативные формы бактерий, споры грибов,  цисты простейших, вирусы.

     Каждый водоем – это сложная живая система, где обитают бактерии, водоросли, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Процессы метаболизма, биоконцентрирования, биодеградации приводят к изменению концентрации загрязняющих веществ. К биологическим факторам самоочищения водоема относятся также водоросли, плесневые и дрожжевые грибки, однако в отдельных случаях массовое развитие сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения. Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать и представители животного мира. Так, устрицы и некоторые амебы адсорбируют кишечные и другие вирусы. Каждый моллюск профильтровывает в сутки более 30 литров воды. Тростник обыкновенный, рогоз узколистный, камыш озерный и другие макрофиты способны поглощать из воды не только относительно инертные соединения, но и физиологически активные вещества типа фенолов, ядовитые соли тяжелых металлов.

     Процесс биологической очистки воды связан с содержанием в ней кислорода. При достаточном количестве кислорода проявляется активность аэробных микроорганизмов, которые питаются органическими веществами. При расщеплении органических веществ образуются углекислый газ и вода, а также нитраты, сульфаты, фосфаты. Биологическое самоочищение представляет собой основное звено процесса и рассматривается как одно из проявлений биотического круговорота в водоеме.

     Вклад отдельных процессов в способность природной водной среды к самоочищению зависит от природы загрязняющего вещества. Для так называемых консервативных веществ, которые не разлагаются или разлагаются очень медленно (ионы металлов, минеральные соли, персистентные хлорорганические пестициды, радионуклиды и т.д.), самоочищение имеет кажущийся характер, поскольку происходит лишь перераспределение и рассеивание загрязняющего вещества в окружающей среде, загрязнение им сопредельных объектов. Снижение их концентрации в воде происходит за счет разбавления, выноса, сорбции, бионакопления. В отношении биогенных веществ наиболее важны биохимические процессы. Для водорастворимых веществ, не вовлекаемых в биологический круговорот, важны реакции их химической и микробиологической трансформации.

     Для большинства органических соединений и некоторых неорганических веществ микробиологическая трансформация считается одним из основных путей самоочищения природной водной среды. Микробиологические биохимические процессы включают реакции нескольких типов. Это реакции с участием окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов (оксидаз, оксигеназ, дегидрогеназ, гидролаз и др.). Биохимическое самоочищение водных объектов зависит от множества факторов, среди которых наиболее важные – температура, активная реакция среды (рН) и содержание азота и фосфора. Оптимальная температура для протекания процессов биодеградации составляет 25-30ºС. Большое значение для жизнедеятельности микроорганизмов имеет реакция среды, которая влияет на ход ферментативных процессов в клетке, а также на изменение степени проникновения в клетку питательных веществ. Для большинства бактерий благоприятна нейтральная или слабощелочная реакция среды. При рН <6 развитие и жизнедеятельность микробов чаще всего снижается, при  рН <4 в некоторых случаях их жизнедеятельность прекращается. То же самое наблюдается при повышении щелочности среды до рН>9,5.

         

Воды р. Кама и ее притоков

 

 Обеспеченность водными ресурсами в Прикамье почти в два раза выше, чем в среднем по России. Река Кама входит в четверку крупнейших европейских рек. Почти тысячу километров – половину своей длины – Кама течет по земле Пермского края.

 Камское водохранилище – первое в каскаде водохранилищ на р. Кама. Оно образовалось в 1954-1956 годах в результате строительства Камской ГЭС. Это озеровидный водоем площадью 1915 км², расположенный в равнинной тайге, с обширной зоной мелководья и четырьмя крупными притоками – реками Иньвой, Обвой, Чусовой и Сылвой. Состав воды в р. Кама, Сылва, Чусовая в значительной мере обусловлен присутствием  в области водосбора легкорастворимых сульфатных и карбонатных пород, а также составом сбросов сточных вод Березниковского и Чусовского промышленных узлов. Наличие в воде соединений железа и марганца обусловлено местным гидрохимическим фоном при определенном вкладе антропогенных факторов.

Вода в р. Кама имеет хлоридно-карбонатный характер и отличается сравнительно низкой жесткостью. В течение года жесткость колеблется в пределах от 0,6 ммоль-экв./дм³ в весенний паводок до 6-7 ммоль-экв./дм³ зимой. Среднее содержание солей около 300 мг/дм³ (максимально до 600 мг/дм³ зимой). Цветность воды в р. Кама в течение года – 20-70 градусов. Содержание органических веществ можно охарактеризовать показателем перманганатной окисляемости, которая в течение года изменяется в пределах 4,9-14,1 мг/дм³ О₂.

Долина р. Сылва прорезана в глинистых сланцах, гипсах, известняках, конгломератах Пермской системы. Вода в Сылве характеризуется высокой минерализацией (до 950 мг/дм³), примерно половина этой величины приходится на сульфаты. Вода в р. Чусовой имеет существенно меньшую минерализацию и цветность. Общая средняя минерализация воды около 500 мг/дм³, жесткость очень высокая, особенно в зимнее время.

Наименьшие значения жесткости воды в р. Кама наблюдаются на подъеме половодья, что обусловлено поступлением талых вод с бассейнов рек Чусовая и Сылва.

Качество воды на отдельных участках р. Кама (гг. Березники, Пермь, Краснокамск, Чайковский), р. Косьва (г. Губаха), р. Чусовая (г. Чусовой), р. Лысьва (г. Лысьва), р. Вишера (г. Красновишерск) не отвечает нормам для рыбохозяйственных водоёмов. Наиболее распространенными загрязняющими веществами являются нефтепродукты, фенолы, соединения марганца, меди, железа, аммонийный и нитритный азот, трудноокисляемые органические вещества, концентрации которых в поверхностных водах стабильно превышают допустимые нормы, чаще всего в пределах от 1 до 5 ПДК.

Контрольные вопросы и тестовые задания

1. Какие основные факторы определяют химический состав природных вод? Сточных вод?

2. На какие группы подразделяют основные химические компоненты природных вод? Дайте краткую характеристику каждой группе.

3. Какова минерализация пресной воды?

4. Приведите примеры образования сточных вод в сельскохозяйственном производстве. Какие основные загрязнители в них присутствуют?

5. Под действием каких факторов происходит самоочищение водоемов?

6. Какие гидрохимические особенности воды р. Кама Вам известны?

7.Запасы пресной питьевой воды сосредоточены в основном в:

а) озерах и прудах;

б) ледниках;

в) реках;

г) почве.

8. К пресной воде относится вода с содержанием солей:

а) от 0 до 0,5 г/кг;

б) от 0 до 1 г/кг;

в) от 0 до 10 г/кг;

г) от 0 до 0,1 г/кг.

9.Выберите правильный ряд распространения ионов в материковых водах:

а) Cl^– > SO₄^2– > HCO₃^–;

б) Ca²⁺ > Na⁺ > Mg^2+;

в) Na⁺ > Mg²⁺ > Ca^2+.

10. Лимитирующим фактором для развития водорослей обычно является недостаток

а) азота;

б) фосфора;

в) углекислого газа.

11.Наибольшая разница в солености воды характерна для

а) разных морей;

б) разных океанов;

в) разных рек.

12.Расположите источники пресной воды в порядке уменьшения запаса:

а) подземные воды;

б) вода болот;

в) вода пресных озер;

д) вода в руслах рек.

     13. Эвтрофикации воды способствует:

                        а) аэрация водоема;

                        б) поступление фосфора;

                        в) поступление калия.

2. Нормирование качества воды
для разных типов водопользования

 

Перечень необходимых для усвоения знаний

В результате освоения материалов раздела студенты должны

  знать:

 – что такое водопотребление и водопользование;

–  виды водопользования;

– основы нормирования качества воды в водных объектах;

– основные принципы оценки загрязнения сточных вод.

Природная и особенно сточная воды всегда содержат определенное количество растворенных и взвешенных веществ органического и минерального происхождения.

Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01-77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды. Качество воды обусловливается совокупностью растворенных в ней минеральных и органических веществ, газов, коллоидов, взвешенных веществ, а также наличием микроорганизмов.

Водопользование – это использование воды без изъятия ее из мест естественной локализации.

Водопотребление – это использование воды, связанное с изъятием ее из мест естественной локализации с полным безвозвратным расходованием или с возвращением в источники водозабора в измененном (загрязненном) состоянии.

Водоотведение – удаление сточных вод за пределы населенного пункта или промышленного предприятия.

Водный кодекс России различает более десяти видов водопользования. В каждом конкретном случае предъявляются определенные требования к качеству воды.

     К хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование водных объектов или их участков в качестве источников питьевой воды и воды для предприятий пищевой промышленности. Требования к качеству воды для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения предписываются государственными и международными стандартами. В нашей стране в настоящее время качество питьевой воды регламентируется СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». В соответствии с этими правилами, питьевая вода должна быть безвредна по химическому составу, безопасна в эпидемическом и радиационном отношениях, должна иметь благоприятные органолептические свойства.

     К культурно-бытовому (рекреационному) водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения.

     Гигиенические требования к качеству воды водных объектов в пунктах питьевого, хозяйственно-бытового и рекреационного водопользования устанавливают санитарно-эпидемиологические правила и нормативы   СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод». Требования к качеству воды, установленные для культурно-бытового водопользования, распространяются на все участки водных объектов, находящихся в черте населенных мест, независимо от вида их использования.

Рыбохозяйственное водопользование предполагает использование водоема для разведения и ловли рыбы или других гидробионтов. Рыбохозяйственные водные объекты делятся на три основные категории:

· к высшей категории относят места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных видов рыб и других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств любого типа для разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений;

· к первой категории относят водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;

· ко второй категории относят водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.

Качество воды в таких объектах оценивается по нормативам, приведенным в «Перечне рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение».

Природные воды являются объектами и других видов водопользования – промышленного водоснабжения, орошения, судоходства, гидроэнергетики и т.д. Например, в сельском хозяйстве нормируют качество воды для полива растений, для поения скота. Качество воды, используемой для промышленного водоснабжения, определяется видом производства и ролью воды в технологическом процессе. Вода используется как технологическое сырье, растворитель, теплоноситель и т.д. Строгие требования по качеству предъявляются к воде, используемой для питания паровых котлов, в некоторых отраслях химической и радиоэлектронной промышленности, при производстве лекарств и в ряде других производств.

     Для оценки качества воды используют четыре группы показателей:

· органолептические (запах, вкус, цветность, мутность, пенистость, наличие пленок);

· гидрохимические: рН, содержание кислорода, минерализация (сухой остаток, карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, фториды, общая жесткость, катионы кальция, магния, калия, натрия), биогенные элементы (аммоний, нитриты, нитраты, фосфаты, железо).

· содержание химических токсикантов;

· микробиологические показатели.

Для оценки химического состава воды используются предельно-допустимые концентрации (ПДК).

     Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК) – это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.

Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДК р.х.) – это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых. Это такие максимальные концентрации вредных веществ, при постоянном присутствии которых в водоеме не регистрируются случаи гибели рыб и организмов, являющихся кормрм для них, не наблюдается исчезновения тех или иных видов рыб, для жизни которых водоем ранее был пригоден, не происходит порчи товарных качеств обитающей в водоеме рыбы.

При нормировании химических веществ в воде учитывают показатели (критерии) вредного воздействия (признаки вредности) (ПВ) загрязняющих веществ.

Так, при нормировании качества воды в водоемах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования используют следующие признаки вредности:

· органолептический, характеризующий влияние вещества на изменение свойств воды, определяемых органами чувств человека;

· общесанитарный, характеризующий влияние вещества на процессы самоочищения водоема за счет биохимических и химических реакций при участии естественной микрофлоры;

· санитарно-токсикологический, характеризующий влияние вещества на организм  человека и лабораторных животных.

Для водоемов, используемых для рыбохозяйственных целей, дополнительно используют следующие признаки вредности:

· токсикологический, характеризующий токсичность вещества для живых организмов, населяющих водный объект;  

· рыбохозяйственный, который определяет порчу качества промысловых рыб.

В основу нормирования (определения величины ПДК для водоема) положен лимитирующий показатель вредности (ЛПВ), под которым понимают наибольшее отрицательное влияние, оказываемое данным веществом в водоеме. Исследование каждого вещества обязательно проводят по всем необходимым показателям вредности. По каждому из них находят пороговую концентрацию. В качестве ПДК принимают минимальную из всех пороговых концентраций, а сам показатель вредности устанавливают как лимитирующий.

В настоящее время для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования разработаны ПДК для 1717 вредных веществ, рыбохозяйственные ПДК установлены для 1109 веществ, причем лишь немногие загрязняющие вещества повторяются в перечнях веществ для разных категорий. Во многих случаях величины ПДК для  водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования превышают ПДК для рыбохозяйственных водных объектов, то есть последние нормативы обычно более жесткие.

При использовании водоема для разных типов водопользования оценка качества воды производится по самой жесткой ПДК.

Состав и свойства воды в водных объектах должны соответствовать нормативам в створе (поперечном сечении), заложенном на водотоках на расстоянии 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах – в радиусе 1 км от пункта водопользования.

Загрязняющие вещества в воде в зависимости от их токсикометрических показателей делят на 4 класса (наиболее опасны вещества I класса), причем эти классы могут не совпадать с классом опасности вещества в воздухе или почве. Кроме того, выделяют еще класс 4э – «экологический». Сюда относятся вещества, действие которых проявляется в изменении экологических условий водоема (эвтрофирование, минерализация и т.д.).

При наличии в воде веществ I и II классов опасности с одинаковым лимитирующим признаком вредности рассчитывают эффект суммации. Для таких веществ по каждому лимитирующему показателю вредности сумма отношений их фактических концентраций веществ к соответствующим ПДК не должна превышать единицы:

                              

где С_i – фактическая концентрация i- того вещества,

  ПДК_i- предельная допустимая концентрация i- того вещества.

Для каждого источника загрязнения водных объектов по каждому загрязняющему веществу устанавливают предельно допустимый сброс.

Предельно-допустимый сброс (ПДС) – это масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению в установленном режиме в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте (ПДК с учетом вида водопользования). При определении ПДС учитывают эффект разбавления, вклад других источников загрязнения и т.д. Фактически при известных масштабах сброса сточных вод ПДС позволяет рассчитать допустимую концентрацию каждого загрязняющего вещества в сточных водах. При превышении этих концентраций их необходимо снизить до допустимых пределов путем соответствующей очистки сточных вод.

Справочные данные по нормированию качества воды для разных видов водопользования приведены в приложениях 1–6.

Контрольные вопросы и тестовые задания

1. Для каких видов водопользования разработано санитарно-гигиеническое и экологическое нормирован