Контроль качества воды

Задания:

1. Проработать теоретическую часть

2. Ответить на контрольные вопросы

Контроль качества воды в водных объектах, в которые осуществляется сброс очищенных сточных вод, проводится с целью исследования физико-химических, биологических и микробиологических показателей и сравнения их с установленными нормативами.

Состав и свойства воды водных объектов должны соответствовать нормативным требованиям в створе, расположенном на водотоках в одном километре выше ближайших по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территории населенного пункта и т. п.), а на непроточных водоемах и водохранилищах – в одном километре в обе стороны от пункта водопользования.

· Запах.

Для установления запаха воды в водном объекте в колбу наливают исследуемую воду и сильно встряхивают в закрытом состоянии, открывают и сразу нюхают. Словесно оценивают характер запаха и интенсивность запаха. Характер запаха - травянистый, землистый, древесный, затхлый, сернистый и т.д. Интенсивность запаха оценивают по 5 баллам: 0- отсутствует, 1-очень слабый, 2- слабый (норматив), 3- заметный, 4- отчетливый, 5- очень сильный.

· Цветность.

Цветность воды з ависит от наличия в ней растворенных и взвешенных примесей. Высокая цветность воды ухудшает ее органолептические свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в воде. Для качественной оценки исследуемая вода сравнивается с дистиллированной водой при дневном освещении на фоне белого листа бумаги и дается качественная оценка цветности воды: бесцветная, желтая, коричневая, бурая. Количественная оценка цветности воды определяется в градусах. Для этого исследуемая вода сравнивается со шкалой стандартных растворов (хромато-кобальтовая шкала, платиново-кобальтовая шкала). Сравнивают цветность исследуемой воды с окраской растворов стандартных растворов. Норма – 10 – 20 град. Встречается очень много цветной воды – до 100-240 град.

• Мутность.

Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения. Качественное определение проводят описательно: слабая опалесценция, опалесценция, слабая муть, заметная муть, сильная муть. Количественно мутность воды определяют турбидиметрически – по ослаблению проходящего через пробу света. В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды мутность не должна превышать 1.5 мг/л

• Прозрачность (или светопропускание).

Прозрачность воды обусловлена ее цветом и мутностью, т.е. содержанием в воде различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ (частицы песка, глины, почвы). Уменьшение потока света снижает эффективность фотосинтеза и биологическую продуктивность водоема. Увеличение мутности характерно для загрязненных и эвтрофных водоемов. Качественная оценка по сравнению с дистиллированной водой: прозрачная - слабо опалесцирующая, опалесцирующая, слабо-мутная, мутная и очень мутная. Мерой прозрачности служит высота водяного столба, сквозь который можно наблюдать белый лист бумаги или прочесть шрифт определенного типа. Вода наливается в градуированный через 1 см цилиндр, который у основания имеет трубку для выпуска воды. Цилиндр ставится на шрифт и вода выпускается. Определяется предельная высота столба воды в см, при которой можно прочитать шрифт. Высота столба = равна прозрачности воды в см. Прозрачность питьевой воды по шрифту должна быть не менее 30 см.

• Температура.

Температура воды является важнейшим фактором, влияющим на протекание в водоеме физических, химических, биохимических, биологических процессов, от которого в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения. Температура воды в водоеме является результатом нескольких одновременно протекающих процессов: солнечная радиация, испарение, теплообмен с атмосферой, перенос тепла течениями. В требованиях к качеству воды в водоемах, используемых для купания, спорта и отдыха, указано, что летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна повышаться более, чем на 3⁰С по сравнению с среднемесячной температурой самого жаркого месяца года за последние 10 лет. Для водоемов рыбохозяйственного назначения – не больше чем на 5⁰С.

• Взвешенные вещества.

Это частицы глины, песка, ила, суспендированные органические и неорганические вещества. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в нее света, на температуру, растворенные компоненты поверхностных вод, абсорбцию токсичных веществ, на скорость осадкообразования. Определение количества взвешенных частиц важно проводить при контроле процессов очистки сточных вод. Их определяют при упаривании пробы воды, высушиванием осадка при 150⁰ до постоянной массы и последующим взвешиванием. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных объектов у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения содержание взвешенных частиц в результате спуска сточных вод не должно увеличиваться более чем на 0.25 мг/л и 0.75 мг/л соответственно.

• Водородный показатель рН.

Водородный показатель (содержание ионов водорода)- один из важнейших показателей качества воды. От величины рН зависят развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. рН воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность ЗВ. Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция. Изменения рН тесно связаны с процессами фотосинтеза. Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты почвы. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина рН не должна выходить за пределы 6.5-8.5.

• Растворенный в воде кислород (мг/л).

На содержание кислорода в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают содержание кислорода, другие уменьшают. Увеличение содержание кислорода происходит в процессе адсорбции кислорода из атмосферы и выделения кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза. Уменьшение содержания кислорода в воде происходит за счет потребления его на окисление органических веществ, биологическое дыхание (дыхание организмов), биохимическое дыхание (разложение органических веществ), химическое дыхание (окисление метана, сероводорода, ионов NH₄^-, NO₂^-_, Mn², Fe²). Кроме того, уменьшение содержания кислорода в воде может происходить вследствие выделения его в атмосферу из поверхностных слоев и только в том случае, если вода при данных температуре и давлении окажется перенасыщенной кислородом. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода 0-14 мг/л и подвержено сезонным и суточным колебаниям. В речных водах наиболее высокие концентрации наблюдаются обычно в осеннее время, наиболее низкие – зимой, когда в результате образования ледяного покрова прекращается поступление кислорода из атмосферы. Дефицит кислорода чаще наблюдается в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ. Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг О₂ /л., а понижение его до 2 мг/л вызывает массовую гибель рыбы. Пересыщение воды кислородом также неблагоприятно сказывается на состоянии водного населения. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования содержание кислорода в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должно быть ниже 4 мг/л в любой период года.

• ХПК

Характеризует общее содержание органического вещества в пробе, подверженной окислению сильным химическим окислителем. В водоемах, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для загрязненных вод определяют бихроматную окисляемость (окислением пробы сточной воды бихроматом калия в серной кислоте). В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мг О₂/л, у пункта культурно-бытового водопользования – 30 мг О₂/л

• БПК

Определение БПК используется с целью оценки содержания биохимически окисляемых органических веществ и в качестве интегрального показателя загрязненности воды. Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина БПК не должна превышать 3.0 мг О₂/л, у пункта культурно-бытового водопользования – 6.0 мг О₂/л

• Соединения азота (ионы аммония, нитриты, нитраты)

Все формы азота способны к взаимным превращениям. Повышение концентрации ионов аммония и нитритов обычно указывает на свежее загрязнение, в то время как увеличение содержания нитратов – на загрязнение в предшествующее время. Основными источниками поступления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственные и бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий в случае использования аммонийных удобрений, а также сточные воды предприятий пищевой, лесохимической и химической промышленности. ПДК для иона аммония – 2.6 мг/л (ЛПВ- санитарно-токсикологический). Присутствие аммония в концентрации 1 мг/л снижает способность гемоглобина рыб связывать кислород, рыба мечется по воде и выпрыгивает на поверхность. ПДК для иона NO₃^-- 45 мг/л (ЛПВ- санитарно-токсикологический).

• Соединения фосфора.

В водные объекты соединения фосфора могут поступать в виде фосфат—ионов (удобрения, синтетические моющие средства, добавки против образования накипи в котлах), а также в виде разнообразных фосфорорганических соединений, включая пестициды. Норматив содержания растворимых фосфатов в воде – 50 мкг/л. Фосфор является важнейшим биогенным элементом. Поэтому поступление фосфора с водосброса (в виде минеральных удобрений с полей), со стоками с ферм, с недоочищенными или неочищенными бытовыми сточными водами, а также с некоторыми производственными отходами приводит к резкому неконтролируемому приросту растительной биомассы водного объекта. Происходит перестройка всего водного сообщества и появляются гнилостные процессы и соответственно возрастают мутность, соленость, концентрация бактерий (рост сине-зеленых водорослей или цианобактерии). Эти организмы выделяют токсичные вещества- нервно-паралитические яды (группа фосфор- и серосодержащих органических соединений). Действие токсинов сине-зеленых водорослей может привести к возникновению дерматозов, ЖКЗ, и даже к параличу.

• Соединения серы.

Наличие сероводорода в водах служит показателем сильного загрязнения водоема органическими веществами. Главным источником сероводорода и сульфидов в поверхностных водах являются восстановительные процессы, протекающие при бактериальном разложении и биохимическом окислении органических веществ естественного происхождения и веществ, поступающих в водоем со сточными водами (хозяйственно-бытовыми, предприятий пищевой, металлургической, химической промышленности, производства сульфатной целлюлозы и др.). Особенно интенсивно процессы восстановления происходят в подземных водах и придонных слоях водоемов в условиях слабого перемешивания и дефицита кислорода. Значительные количества сероводорода и сульфидов могут поступать со сточными водами нефтеперерабатывающих заводов, с городскими сточными водами, водами производств минеральных удобрений. Концентрация сероводорода в водах быстро уменьшается за счет окисления кислородом, растворенным в воде, и микробактериологических процессов (тионовыми, бесцветными и окрашенными серными бактериями). В процессе окисления сероводорода образуются сера и сульфаты. Интенсивность процессов окисления сероводорода может достигать 0,5 г H₂S на литр в сутки. Причиной ограничения концентрации сероводорода в воде является его высокая токсичность, а также неприятный запах, который резко ухудшает органолептические свойства воды, делая ее непригодной для питьевого водоснабжения и других технических и хозяйственных целей. Для водоемов санитарно-бытового и рыбохозяйственного пользования присутствие сероводорода и сульфидов недопустимо.

Сульфаты присутствуют практически во всех поверхностных водах. Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы. Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмов и окисления веществ растительного и животного происхождения, а также с подземным стоком. В больших количествах сульфаты содержатся в шахтных водах и в промышленных стоках производств, в которых используется серная кислота, например, окисление пирита. Повышенные содержания сульфатов ухудшают органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на организм человека. Поскольку сульфат обладает слабительными свойствами, его предельно допустимая концентрация строго регламентируется нормативными актами. Концентрация сульфатов в водах, используемых в целях водоснабжения, ограничена 100 мг/дм³. Весьма жесткие требования по содержанию сульфатов предъявляются к водам, питающим паросиловые установки, поскольку в присутствии кальция сульфаты образуют прочную накипь. Вкусовой порог сульфата магния лежит в пределах от 400 до 600 мг/дм³, для сульфата кальция — от 250 до 800 мг/дм³. Наличие сульфата в промышленной и питьевой воде может быть как полезным, так и вредным. Не замечено, чтобы сульфат в питьевой воде влиял на процессы коррозии, но если используются свинцовые трубы, то концентрация сульфатов выше 200 мг/дм³ может привести к вымыванию в воду свинца.

• Нефтепродукты

Нефтепродукты наиболее распространенные и опасные вещества, загрязняющие водные объекты. Поступление – перевозка нефти водным путем, сточные воды нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, металлургической и др. отраслей промышленности, хозяйственно-бытовые стоки. Нефтепродукты могут находиться в разных формах: растворенная, эмульгированная, сорбированная на твердых частицах взвесей и донных отложений, в виде пленки на поверхности. ПДК – 0.3 мг/л, в рыбохозяйственных водоемах – 0.05 мг/л. В присутствии нефтепродуктов вода приобретает специфический вкус и запах, изменяется ее цвет, рН среды, ухудшается газообмен с атмосферой. Содержание нефтепродуктов в сточных водах определяется перегонкой пробы сточной воды.

• Фенолы.

Фенолы в естественных условиях образуются в процессах метаболизма водных организмов, при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в водной толще, так и в донных отложениях. Фенолы являются одним из наиболее распространенных загрязнений, поступающих в поверхностные воды со стоками предприятий нефтеперерабатывающей, сланцеперерабатывающей, лесохимической, коксохимической, анилинокрасочной промышленности и др. В сточных водах этих предприятий содержание фенолов может превосходить 10-20 г/л. Фенолы в водах могут вступать в реакции конденсации и полимеризации, образуя сложные гумусоподобные и другие довольно устойчивые соединения. В условиях природных водоемов процессы адсорбции фенолов донными отложениями и взвесями играют незначительную роль. В незагрязненных или слабозагрязненных речных водах содержание фенолов обычно не превышает 20 мкг/л. Фенолы — соединения нестойкие и подвергаются биохимическому и химическому окислению. Концентрация фенолов в поверхностных водах подвержена сезонным изменениям. В летний период содержание фенолов падает (с ростом температуры увеличивается скорость распада). Спуск в водоемы и водотоки фенольных вод резко ухудшает их общее санитарное состояние, оказывая влияние на живые организмы не только своей ядовитостью, но и значительным изменением режима биогенных элементов и растворенных газов (кислорода, углекислого газа). Установлены 2 норматива для фенолов:

· 0,001 мг/дм³ — ПДК фенола для воды водоемов хозяйственно-питьевого водопользования при условии применения хлора для обеззараживания питьевой воды или при определении условий сброса сточных во д, подвергающихся обеззараживанию хлором. Лимитирующий показатель вредности органолептический — образование хлорфенольных запахов при хлорировании воды (наиболее резкие запахи дают простой фенол и крезолы);

· 0,1 мг/дм³ – ПДК фенола для остальных участков водоемов. Лимитирующий показатель вредности - органолептический.

• Соединения фтора

Фтор относится к микроэлементам. В речные воды фтор поступает из пород и почв при разрушении фторсодержащих минералов с почво-грунтовыми водами и при непосредственном смыве поверхностными водами. Источником фтора также служат атмосферные осадки. Повышенное содержание фтора может быть в некоторых сточных водах предприятий стекольной и химической промышленности, в некоторых видах шахтных вод и в сточных водах рудообогатительных фабрик. Повышенные количества фтора оказывают вредное действие на людей и животных, вызывая костное заболевание (флюороз). Содержание фтора в питьевой воде лимитируется. Предельно допустимая концентрация фтора в питьевой воде равна 1,5 мг/дм³. Однако очень низкое содержание фтора также вредно сказывается на здоровье, вызывая опасность заболевания кариесом зубов.

• Соединения хлора.

Значительные количества хлоридов поступают в воду в результате обмена с океаном через атмосферу, взаимодействия атмосферных осадков с почвами, особенно засоленными, а также при вулканических выбросах. Повышенные содержания хлоридов ухудшают вкусовые качества воды и делают ее малопригодной для питьевого водоснабжения и ограничивают применение для многих технических и хозяйственных целей, а также для орошения сельскохозяйственных угодий. Если в питьевой воде есть ионы натрия, то концентрация хлорида выше 250 мг/дм³ придает воде соленый вкус. Нет данных о том, что высокие концентрации хлоридов оказывают вредное влияние на человека. Предельная концентрация хлоридов для питьевой воды (300 мг/дм³) установлена исходя из вкусовых ощущений.

Нормативы к качеству воды для нужд населения по некоторым показателям приведены в табл.14

Таблица №14

Требования к качеству воды для нужд населения у створов водопользования

Контрольные вопросы:

1. Физико- химические свойства воды
2. Наличие каких веществ влияет на вкус, цвет, мутность, прозрачность воды
3. Какие показатели используются при качественной и количественной оценке вкуса, цвета, мутности, прозрачности воды
4. Какие основные химические соединения загрязняют водные объекты, охарактеризовать их.
5. Какие виды анализа проводятся для установления качества воды

Список литературы

1. А.С.Тимонин «Инженерно-экологический справочник», 2003г.

Справочник в 3-х томах, Металлургия, 2003

2. Г.П. Бесмятнов, Ю.А.Кротов «ПДК химических веществ в окружающей среде», Л., Химия, 1985

3. Справочник по физико-химическим методам исследования объектов окружающей среды, под ред. Г.И. Арановича, Л., Судостроение, 1979.

4. Н.С. Торочешников, А.И. Родионов., Н.В. Кельцев и др. «Техника защиты окружающей среды», М., Химия, 1981

5. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86, Л., Гидрометеоиздат, 1987

6. ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями

7. Методика расчета ПДС веществ в водные объекты со сточными водами, Харьков, 1990

8. СанПИН №463-88 Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнений

9. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью 30 т пара в час, 1999