Показатели качества воды

Пользователи и потребители водных ресурсов

Основными потребителями воды являются промышленность, сельское и коммунальное хозяйство. Их развитие непосредственным образом сказывается на водном хозяйстве, главной задачей которого является планомерное обеспечение населения и отраслей экономики водой соответствующего качества и в необходимом количестве. Основные подразделения водохозяйственного комплекса – это водоснабжение населенных пунктов, промышленности, сельскохозяйственного производства, гидроэнергетика, рыбное хозяйство, водный транспорт и рекреация.

По отношению к водным ресурсам все отрасли хозяйства подразделяют на пользователей и потребителей. Пользователи используют воду как среду или источник энергии и не отбирают ее из источников (рыболовство, гидроэлектростанции, туризм, водный транспорт, спорт и др.). Потребители отбирают воду из источников и используют ее по назначению (для питья и приготовления пищи, выращивания сельскохозяйственной продукции, осуществления технологических процессов на производстве, обогревания помещений, удаления отходов и т.п.).

Во многих случаях вода после использования частично или полностью возвращается в источники, обычно в загрязненном состоянии. Больше всего (до 75%) пресной воды использует сельское хозяйство.

Объем потребления воды в промышленности оценивают водоемкостью производства – количеством воды, необходимым для производства 1 т готовой продукции. Так, водоемкость производства стали и чугуна составляет 15-20, синтетического каучука – 500-1000 м³/т. Средний химический комбинат ежедневно потребляет 1-2 млн. м³ воды.

Потребление воды населением характеризуют удельным водопотреблением – суточным объемом воды в литрах, необходимым для удовлетворения всех потребностей одного жителя города или села. Удельное водопотребление в городах больше, чем в селах, и в значительной степени зависит от степени благоустройства (наличия водопровода, канализации, центрального водяного отопления и т.д.). Для крупных городов в развитых странах удельное водопотребление составляет от 250 до 600 л/сутки на человека. Мегаполисы с населением более 3 млн. человек ежедневно расходуют до 2 млн. м³ воды. При этом используется вода высокого качества, которая требует сложной технологической водоподготовки. В свою очередь, среднестатистический житель села расходует в день 20-80 л воды, зачастую это вода из подземных источников без предварительной водоочистки.

Показатели качества воды

Качество воды в каждом конкретном случае зависит от требований потребителя. Категория качества воды – это показатель степени загрязненности водного объекта, который определяют по совокупности установленных требований к составу и свойствам воды. В соответствии с Водным кодексом Украины качество воды – это характеристика состава и свойств воды, которые определяют возможность ее использования конкретным водопотребителем. Требования к качеству воды нормируются государственными отраслевыми стандартами и техническими условиями (ТУ).

Показатели качества воды подразделяют на физические, химические, гидробиологические, бактериологические. Другой формой классификации показателей качества воды является их разделение на общие и специфические. К общим принадлежат показатели, характерные для любых водных объектов. Наличие в воде специфических для нее показателей обусловлено местными природными условиями и особенностями антропогенного воздействия на водный объект.

Основные физические показатели качества воды.

Температура воды. В водоемах температура является результатом одновременного действия солнечной радиации, теплообмена с атмосферой, переноса тепла течениями, перемешивания водных масс и поступления нагретых вод из внешних источников. Температура влияет практически на все процессы, от которых зависит состав и свойства воды.

Запах и вкус. Запах воде придают специфические вещества, которые поступают в воду в результате жизнедеятельности гидробионтов (обитателей воды), разложения органических веществ, химического взаимодействия компонентов воды, а также поступления из внешних источников. Разделяют такие виды запахов: ароматический, землистый, болотный, гнильный, древесный, хлорный, нефтяной, фенольный, сероводородный и т.п. Вкус воды бывает горьким, кислым, соленым. Все остальные вкусовые ощущения квалифицируются як привкусы.

Прозрачность воды зависит от степени рассеивания солнечного света веществами органического и минерального происхождения, которые пребывают в воде во взвешенном и коллоидном состояниях.

Цветность воды обусловлена содержанием органических окрашенных соединений, которые поступают в воду вследствие выветривания горных пород, протекания биогенных процессов в самих водоемах, с подземным стоком и из антропогенных источников. Высокая цветность воды снижает органолептические свойства воды и уменьшает содержание в ней растворенного кислорода.

Содержание взвешенных веществ. Источником взвешенных веществ могут быть процессы эрозии грунтов и горных пород, взмутнения донных отложений, продукты метаболизма и разложения гидробионтов и химических реакций, антропогенные источники. Содержание взвешенных веществ определяют в г/м³ (мг/л).

Бактериологические показатели характеризуют загрязненность воды патогенными микроорганизмами. Важнейшими бактериологическими показателями являются: коли-индекс – количество кишечных палочек в 1 л воды; коли-титр – количество воды в мл, в котором можно найти 1 кишечную палочку.

Гидробиологические показатели дают возможность оценивать качество воды по видовому составу живых организмов и растительности в водоемах.

Химические показатели качества воды могут быть общими и специфическими. К общим химическим показателям качества воды относятся: растворенный кислород, химическое и биохимическое потребление кислорода, водородный показатель (рН), содержание азота и фосфора, минеральный состав.

Растворенный кислород. Основными источниками поступления кислорода в водоемы является газообмен с атмосферой, фотосинтез, а также ливневые и талые воды, которые обычно перенасыщены кислородом. Растворенный в воде кислород используется гидробионтами для дыхания и окисления органических веществ. Поэтому низкое содержание растворенного в воде кислорода негативно влияет на весь комплекс биохимических и экологических процессов в водном объекте.

Химическое потребление кислорода (ХПК) – это количество кислорода в мг на 1 л воды, необходимое для окисления углеродсодержащих веществ до СО₂, Н₂О и НО₃, серосодержащих – до сульфатов и фосфорсодержащих – до фосфатов.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) – это количество кислорода, которое расходуется за определенный промежуток времени на аэробное биохимическое окисление (разложение) нестойких органических соединений, которые содержатся в воде. БПК определяют для разных промежутков времени: 5 суток (БПК₅), 20 суток (БПК₂₀), независимо от времени полного окисления (БПК_полн). БПК также определяется в мг на 1 л воды.

Водородный показатель (рН). Активную реакцию воды выражают водородным показателем (рН), который отражает меру активности ионов водорода в воде. Величины рН измеряют электрометрически или с помощью индикаторов. От рН воды зависит развитие водных и сельскохозяйственных растений, протекание различных процессов водоподготовки.

Азот. В природных условиях может пребывать в виде свободных молекул и различных соединений в растворенном коллоидном или взвешенном состоянии. Высокое содержание азота в воде ускоряет процессы биологического продуцирования в водоемах. Основными источниками поступления азота в водоемы являются биологические процессы, газообмен с атмосферой, атмосферные осадки и антропогенное загрязнение.

Фосфор. В природных условиях он пребывает в воде в виде органических и неорганических соединений. Как и азот, фосфор является лимитирующим биогенным элементом, содержание которого определяет характер продуцирующих процессов в водоемах. Источники поступления фосфора в водоемы: биологические процессы, выветривание и растворение горных пород, антропогенные источники.

Минеральный состав определяют по суммарному содержанию семи главных ионов: Na⁺, Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺, Cl^-, , . Основными источниками повышения минерализации являются грунтовые и сточные воды. По эффекту действия на гидробионтов и организм человека неблагоприятными бывают как высокие, так и очень низкие показатели минерализации воды.

К специфическим показателям качества воды относятся фенолы, нефтепродукты, ПАВ, тяжелые металлы и пестициды.

Фенолы поступают в водоемы из антропогенных источников, в процессе метаболизма гидробионтов и биохимической трансформации органических веществ. Источником поступления фенолов являются гуминовые вещества, которые образуются в почвах и торфяниках. Фенолы токсичны для обитателей воды и ухудшают ее органолептические свойства.

Нефтепродукты поступают в водоемы в результате вытекания во время добывания, переработки и транспортирования нефти и ее продуктов, а также со сточными водами. Углеводороды, входящие в состав нефтепродуктов, имеют токсичное действие на живые организмы и поражают сердечнососудистую и нервную системы.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) имеют ярко выраженную способность к адсорбции на поверхности раздела «воздух-вода». Источники поступления – в основном антропогенного характера. ПАВ обладают токсичным действием на гидробионты и человека, уменьшают газообмен водоемов с атмосферой и интенсивность биологических процессов в водоемах, ухудшают органолептические свойства воды.

Тяжелые металлы (самые распространенные – свинец, медь, цинк, хром, кадмий, кобальт) имеют мутагенное и токсичное действие, резко уменьшают интенсивность биохимических процессов в водоемах.

Пестициды – хлоро- и фосфорорганические вещества, которые используются в сельском хозяйстве для борьбы с сорняками, насекомыми и грызунами. Основным источником их поступления является поверхностный и дренажный сток с сельскохозяйственных угодий. Пестициды имеют токсичное, мутагенное и кумулятивное действие.