Радио Хит FM — слушать онлайн

 Биогенные элементы

     Вопросы контроля качества воды внесли в понятие биогенных элементов широкий смысл: к ним относят соединения (точнее, компоненты воды), которые, во-первых, являются продуктами жизнедеятельности различных организмов; во-вторых, являются «строительным материалом» для живых организмов. В первую очередь к ним относятся соединения азота (нитраты, нитриты, органические и неорганические аммонийные соединения), фосфора (ортофосфаты, полифосфаты, органические эфиры фосфорной кислоты и др.).

     Соединение серы интересны в этой связи,в меньшей степени, так как сульфаты уже расматривали в аспекте компонента минерального состава воды, а сульфиды и гидросульфиты, если приутствуют в природных водах, то в очень малых концентрациях и могут быть обнаружены по запаху.

Нитраты

     Нитраты являются солями азотной кислоты. Повышенное содержание нитратов в воде может служить индикатором загрязнения водоема в результате распространения фекальных либо химических загрязнений (сельскохозяйственных, промышленных). Согласно СанПин 2.1.4.1074-01 для питьевой воды ПДК нитратов составляет 45 мг/л. Питьвая вода  и продукты питания, содержание повышенное количество нитратов, могут вызывать заболевания, в первую очередь у младенцев (так называемая метгемоглобинемия), а также  людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Допустимое суточное потребление по рекомендациям ВОЗ — 5 мг/кг массы. В этом случае особенно опасны грунтовые воды и питаемые ими колодцы, поскольку в открытых водоемах нитраты частично потребляются водными растениями. Вместе с тем, растения не так чувствительны к увеличению содержания в воде азота, как фосфора. 

 Фосфаты и общий фосфор

     Фосфор является необходимым элементом для жизни, однако его избыток приводит к ускорению эвтрофикации водоемов**. Большие количества форсфора могу попадать в водоемы в результате естесственных и антропогенных процессов — поверхностной эрозии почв, неправильного или избыточного применения минеральных удобрений и др.

     ПДК полифосфатов в воде водоемов составляет 3,5 мг/л в пересчете на фосфат-ион РО₄^-3 , лимитирующий показатель вредности — органолептический.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК)

     БПК — показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ. Природными источниками органических веществ являются разрушающиеся останки организмов растительного и животного происхождения, как живших в воде, так и попавших в водоем  с листвы, по воздуху, с берегов и т.п. Кроме природных, существуют также техногенные источники органических веществ.

     В естественных условиях находящиеся в воде органические вещества разрушаются бактериями с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде кислород. Таким образом, в процессе биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации кислорода, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде органических веществ. 

     Чаще определяют биохимическое потребление кислорода за пять суток — БПК5, и, как правило, этот показатель в поверхностных водоемах находится в пределах 0,5-4,0 мг/л.

Таблица 11. Характеристика вод по БПК5

     Особенностью биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации (окисление азотосодержащих соединений нитрофицирующими бактериями), искажающий характер потребления кислорода.

     Норматив на БПК для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования — 3 мг/л, для водоемов культурно-бытового водопользования — 6 мг/л.

Аммоний

     Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образовавшийся таким образом аммоний вновь вовлекается в процесс синтеза белков. По этой причине аммоний и его соединения в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водоемах.

     Аммонийные соединения в больших количествах входят в состав минеральных и органических удобрений, кроме того, аммонийные соединения в значительных количествах присутсвуют в нечистотах (фекалиях). По этим причинам повышенное содержание аммонийного азота в поверхностных водах обячно является признаком хозяйственно-фекальных загрязнений.

     ПДК аммиака и ионов аммония в воде водоемов составляет 2,6 мг/л. Согласно СанПин 2.1.45.1074-01 ПДК аммония в питьевой воде составляет 2,0 мг/л. По данным ВОЗ, сожержание аммония не должно превышать 0,5 мг/л. Постоянный прием внутрь воды с повышенным содержанием аммония вызывает хронический ацидоз и изменения в тканях.

Нитриты

     Нитритами называются соли азотистой кислоты. Нитрит-анионы являются промежуточными продуктами биологического разложения азотсодержащих органических соединений. Благодаря способности превращаться в нитраты, нитриты, как правило, отсутствуют в поверхностных водах. ПДК нитритов (по NO^2-) в воде водоемов составляет 3,3 мг/л, для питьевой воды – 2,0 мг/л.  

Фтор (фториды)

     Фтор в виде фторидов может содержаться в природных и грунтовых водах. Избыток фтора в организме вызывают разрушение зубной эмали, осаждает кальций, что приводит к нарушениям кальциевого и фосфорного обмена. По этим причинам определение фтора в питьевой воде, а также грунтовых водах (например, воде колодцев и артезианских скважин) и воде водоемов хозяйственно-питевого назначения, является очень важным. ПДК фтора в питьевой воде для разных климатических районов составляет от 0,7 до 1,5 мг/л.

Металлы

Железо общее

           Железо — один из самых распространенных элементов в природе. Его содержание в земной коре составляет около 4,7 % по массе, поэтому железо, с точки зрения его распространенности в природе, принято называть макроэлементом. 

     В природной воде железо содержится в виде соединений, в которых железо может быть двух- или трехвалентным. В свою очередь, соединения железа могут образовывать истинные или коллоидные растворы. На воздухе двухвалентное железо быстро окисляется до трехвалентного, растворы которого имеют бурую окраску.

    Таким образом, поскольку соединения железа в воде могут существовать в различных формах, точные результаты могут быть получены только при определении суммарного железа во всех его формах, так называемого «общего железа», хотя иногда возникает необходимость определить железо в его индивидуальных формах.

     Двухвалентное железо (Fe² )  почти всегда находится в воде в растворенном состоянии, хотя возможны случаи при определенных уровнях рН, когда гидроксид железа (II) выпадает в осадок. Реакция окисления (Fe² ) ⇔  (Fe³ ) широко распространена в природе. Трехвалентное железо (Fe³ )  — гидроксид железа (III), Fe(OH)₃  — нерастворим в воде. Органическое железо встречается в воде в разных формах и в составе разных комплексов. Органические соединения железа, как правило, растворимы или имеют коллоидную структуру и очень трудно поддаются удалению.

     Железобактерии встречаются практически везде. Их «визитной карточкой» можно считать ржавую слизь, покрывающие трубу водопровода.

Некоторые виды бактерий (например, Gallionella ferruginea, вид  стебельчатых, лентоподобных бактерий) «питаюся» растворенным железом в процессе своей жизнедеятельности. При этом происходит преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, которое сохраняется в желеобразной оболочке вокруг бактерии, при отмирании железобактерии откладываются в вышеупомянутой слизи. 

     Коллоидное железо — это нерастворимые, невидимые глазу частицы размером менее 1 микрона. Из-за малогог размера их очень сложно удалить фильтрованием с помощью гранулированных фильтрующих материалов. Крупные органические молекулы (такие как танины и лигнины) также попадают в эту категорию. Коллоидные частицы из-за своего малого размера и высокого поверхностного заряда, отталкивающего частицы друг от друга и препятсвующие их укрупнению, создают в воде суспензии, которые не выпадают в осадок, а находятся во взвешенном состояни. Коллоидное железо характерно для поверхностных вод (коллоиды Fe(OH)₃ ). 

     Некоторые органические молекулы способны связывать железо в сложные растворимые комплексы, называемые хелатами. Так, прекрасными хелатообразующими агентами являются фульво- и гуминовые кислоты, играющие важную роль в почвенном ионообмене.

     Основной формой железа в поверхностных водах являются комплексные соединения трехвалентных ионов железа с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом с солями гуминовых кислот — гуматами. В болотных водах, где много гумусовых веществ, всегда много железа. При рН = 8,0 основной формой железа в воде является гидроксид железа Fe(OH)₃, находящаяся во взвешенной коллоидной форме. В подземных водах железо присутсвует в основном в растворенном двухвалентном виде. Трехвалентное железо при определенных условиях также может присутсвовать в воде в растворенном виде как в форме неорганических солей (например, сульфатов), так и в составе растворимых органических комплексов.

     Согласно СанПин 2.1.4.1074-01 содержание железа не должно превышать 0,3 мг/л (а по нормам Европейского сообщества даже 0,2 мг/л). При уровне установленного ВОЗ переносимого суточного потребления (ПСП) железа, равном 0,8 мг/кг массы тела человека, безопасное для здоровья суммарное содержание железа в воде составляет 2 мг/л. Избыток железа, в первую очередь, оказывает токсичное влияние на печень, селезенку, головной мозг; может усиливать протекание воспалительных процессов.

      Дефицит железа в организме приводит к анемии, патологиям сердечной мышцы и скелетных мышц, а также может быть причиной снижения иммунитета. Железо незаменимо в процессах кроветворения и внутриклеточного обмена.

Тяжелые металлы

    Понятие «Тяжелые металлы» не относится к строго определенным. Разные авторы в составе группы тяжелых металлов указывают разные химические элементы.  В экологических публикациях в эту группу включают около 40 элементов с атомной массой более 50 атомных единиц.

     Н.Ф.Реймерс относит к тяжелым металлы с плотностью более 8 г/см³, выделяя при этом подгруппу благородных металлов. Таким образом, к собственно «тяжелым» отнесены медь, никель, кадмий, кобальт, висмут, ртуть и свинец.

     Группа специалистов, работающая под патронажем Европейской экономической комиссии ООН и занимающаяся мониторингом выбросов в окружающую природную среду тяжелых металлов, включает в эту группу также цинк, мышьяк, селен, сурьму. 

     Есть и другие классификации. Тяжелые металлы по характеру биологического воздействия можно подразделить на токсиканты и микроэлементы, имеющие принципиально различный характер влияния на живые организмы. Токсиканты оказывают отрицательное воздействие на организмы при любой концентрации, в то время как микроэлементы имеют область недостаточности, вызывющей отрицательный эффект, и область необходимых для жизни концентраций, при превышении которых снова возникает отрицательный эффект. Типичными токсикантами являются: кадмий, свинец, ртуть; микроэлементами — марганец, медь, кобальт.

     Медь. Является микроэлементом, содержится в организме человека, главным образом,в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в процессах кроветворения.  Отравления соединениями меди могут приводить к расстройствам нервной системы, нарушению функций печени, почек и д.т. ПДК меди в  воде водоемов хозяйственно-питьевого или культурно-бытового назначения составляет 1,0 мг/л, лимитирующий показатель вредности — органолептический.

     Цинк. Является микроэлементом и входит в состав некоторых ферментов. Отрицательное воздействие соединений цинка может выражаться в ослаблении организма, повышенной заболеваемости, астмоподобных явлениях и др. ПДК цинка в воде водоемов составляет 1,0 мг/л, лимитирующий показатель вредности — общесанитарный.

     Кадмий. Соединения кадмия очень ядовиты. Действуют на многие системы организма — органы дыхания и желудочно-кишечный тракт, центральную и периферическую нервные системы. ПДК кадмия в воде водоемов составляет 0,001 мг/л, лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический. 

     Ртуть. Относится к ультрамикроэлементам и постоянно присутствует в организме, поступая с пищей. Соединения ртути вызывают глубокие нарушения функцийцентральной нервной системы (ЦНС), сердца, сосудов, нарушение иммунной системы орагнизма и другие. ПДК ртути в воде водоемов составляет 0,0005 мг/л, лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический. 

     Свинец. Соединения свинца — яды, действующие на все живое, но вызывающие изменения особенно в нервной системе, крови и сосудов. Органические соединения свинца (тетраметилсвинец, тетраэтилсвинец) — сильные нервные язы, являются активными ингибиторами обменных процессов. Для всех соединений свинца характерно кумулятивное действие. ПДК свинца в воде водоемов составляет 0,03 мг/л, лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический. 

Органические вещества

      Спектр органических примесей очень широк:

Группа растворенных примесей:

Группа нерастворенных примесей:

     Содержание органических веществ в воде оченивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области. 

     Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из самых сильных окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая (методики определения двух последних применяются редко). 

     Окислители могут действовать и на неорганические примеси, например, на ионы Fe² , S^2-, NO^-2, но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, т.е. «органики» в решающей степени больше. 

     В подземных водах (артезианских) это соотношение — обратное, т.е.органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Практически их нет совсем. К тому же неорганческие примеси могут определяться непосредственно индивидуально. 

     Для природных малозагрезненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс); в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

    Окисляемость перманганатная определяется мгО/л, если учитывается масса ионов кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление «органики», или мг KMnO₄/л, если оценивается количество перманганата калия, пошедшего на окисление «органики».

Таблица 12. Характеристика вод по перманганатной окисляемости

Интегральные показатели качества воды — индексы качества

     Каждый из показателей качества воды в отдельности хотя и несет информацию о качестве воды, все же не может служить мерой качества воды, т.к. не позволяет судить о значениях других показателей. Вместе с тем, результатом оценки качества воды должны быть некоторые интегральные показатели, которые охватывали бы основные показатели качества воды (либо те из них, по которым зафиксированно неблагополучие).

Гидрохимический индекс загрязнения воды

     В простейшем случае, при наличии результатов по нескольким оцениваемым показателям, может быть рассчитана сумма приведенных концентраций компонентов, т.е. отношение их фактических концентраций к ПДК. 

    Сумма приведенных концентраций может рассчитываться только для химических веществ с одинаковыми лимитирующим показателем вредности — огранолептическим и санитарно-токсикологическим.

     При наличии результатов анализов по достаточному количеству показателей можно определять классы качества воды, которые являются интегральной характеристикой загрязненности поверхностных вод. Классы качества определяются по индексу загрязнения воды (ИЗВ).

     Значение ИЗВ рассчитываются  для каждого пункта отбора проб (створа). Далее по таблице, в зависимости от значения ИЗВ, определяют класс качества воды.

Таблица 13. Характеристики интегральной оценки качесвта воды

     В число 7 основных, так называемых «лимитируемых» показателей, при расчете ИЗВ в обязательном порядке входят концентрация растворенного кислорода и значение БПК5, а также значения еще четырех показателей, являющихся для данного водоема (воды) наиболее не благополучными или имеющих наибольшие приведенные концентрации. 

     Для рассчета ИЗВ показатели выбираются независимо от лимитирующего признака вредности, однако при равенстве приведенных концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим санитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие вещества обладают относительно большей вредностью).

     Задачи интегральной оценки качества воды практически совпадают с задачами гидрохимического мониторинга, т.к. для окончательного вывода о классе качества воды необъодимы результаты анализов по целому ряду показателей в течение продолжительного периода. 

Микробиологические показатели

     Уровень загрязненности и класс качества водных объктов иногда устанавливают в зависимости от микробиологических показателей. 

Таблица 14. Оценка качесвта вод по микробиологическим показателям

** Эвтрофикация (др.-греч. εὐτροφία — хорошее питание) — насыщение водоёмов биогенными элементами, сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов.