А.А. Касьяненко
Современные методы оценки рисков в экологии
Учебное пособие. – М.: Изд-во РУДН 2008. – 271 с.
Глава 3. Качество окружающей среды
3.4. Качество водной среды
3.4.3. Показатели качества водной среды
Для
оценки качества вод, степени их чистоты или загрязнённости и возможности
водопользования для тех или иных нужд применяются три группы показателей
качества воды: физико-химические, биологические и органолептические (табл. 3.17).
К физико-химическим показателям качества воды
относятся: содержание в ней солей, металлов, сухой остаток, жёсткость,
кислотность.
Таблица 3.17
Характеристики качества вод
Физико-химические
|
Биологические
|
Органо-лептические
|
Сухой
остаток
Мутность
Химические
вещества
Жёсткость
Температура
Растворённый
кислород
Химическая
потребность кислоода
|
Число
бактерий
Число
микроорганизмов
Органические
вещества
Биологическая
потребность кислорода
|
Запах
Вкус
Цвет
Прозрачность
|
Биологические показатели качества характеризуют количество
бактерий и микробов, количество органических примесей, биологический показатель
качества (БПК).
Органолептические
показатели качества воды – это её
вкус, цвет, запах, прозрачность.
Показатели
качества вод, используемых для разных нужд, имеют существенные различия.
3.4.3.1.
Физико-химические показатели качества воды
Охарактеризуем более подробно физико-химические
показатели качества воды.
Сухой остаток воды – это соли и вещества, которые остаются после её выпаривания. В воде
источника и питьевой воде он не должен превышать 1 000 мг на литр. Более высокое
содержание солей, если оно не
обусловлено геологическими особенностями, даёт основание полагать, что соли
поступают в водоём вместе с промышленными стоками.
Мутность определяют с помощью мутномера, в котором исследуемую
воду сравнивают с эталонным раствором, приготовленным из инфузорной земли или
каолина на основе дистиллированной воды. Мутность воды выражают в мг/л
взвешенного вещества.
Жёсткость
воды зависит от содержания солей
кальция и магния, главным образом двууглекислых. Различают три вида жёсткости:
общую, постоянную и устранимую.
Общая
жёсткость воды – это жёсткость сырой воды, обусловленная содержанием всех
соединений Са и Mg, независимо от того, с какими анионами они связаны.
Постоянная
жёсткость – это жёсткость воды после
одночасового кипячения, зависящая от
присутствия солей Са и Mg, не дающих осадка при кипячении (сульфаты и хлориды).
Устранимая
жёсткость – это жёсткость воды, которая устраняется при кипячении,
что связано с превращением бикарбонатов в нерастворимые соединения (монокарбокаты),
которые выпадают в осадок.
Жёсткость
измеряется в градусах или миллиграмм-эквивалентах.
За
один градус жёсткости принимается
количество солей Са и Mg эквивалентное
10 мг СаО, в одном литре воды:
1° жёсткости = 10 мг СаО в литре воды;
1 мг экв СаО – 28 мг/л СаО;
1 мг экв СаО s 2,8°
жёсткости.
Мягкой считается вода, имеющая жёсткость менее 10°,
т.е. менее 100 мг СаО в 1 литре воды, умеренно жёсткой – от 10° до 20°,
жёсткой – более 20°.
Очень
жёсткая вода может оказывать на желудок человека послабляющее действие.
Косвенное влияние жёсткой воды состоит в худшей усваиваемости организмом пищи:
овощей, мяса, бобовых, которые плохо провариваются в жёсткой воде. При
использовании жёсткой воды в промышленности происходит быстрое засорение труб
осадками.
Важнейшим показателем качества воды является её
кислотность или рН. Кислотность характеризует активность и определяется
концентрацией ионов водорода. Чем меньше значение показателя, тем более кислой
является вода.
Концентрация
ионов водорода в дистиллированной воде при температуре 25оС равна
1∙10-7 моль/л.
pH равно десятичному логарифму
величины обратной активности иона водорода и рассчитывается по формуле (3.17):
pH = - log V(H+), (3.17)
где
V(H+) есть концентрация ионов водорода (моль/л).
рН
атмосферной воды находится в пределах от
5 до 6 ед. рН. Под влиянием абсорбированных углекислого газа, окислов
серы и азота (особенно в промышленных районах) атмосферная вода может становиться
кислой и её рН понижается до 4 – 5 ед. рН. Для питьевой воды, как
видно из табл.3.18, показатель рН находится в пределах от 6,5 до 8,5 ед.
рН. Кислую реакцию вода приобретает при загрязнении её промышленными и
другими сточными водами, содержащими кислоты и их соли.
Количество
растворённого кислорода зависит от температуры воды и барометрического
давления. В чистых открытых водоёмах при температуре + 5+15°С содержание
кислорода составляет 3 – 6 мг/л, при сильном загрязнении оно снижается до нуля
за счёт поглощения его водной фауной и загрязняющими воду органическими
веществами.
Таблица 3.18
Шкала кислотности
pH
|
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
концентрация H+,
моль/л
|
1
|
10-1
|
10-2
|
10-3
|
10-4
|
10-5
|
10-6
|
10-7
|
pH
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
концентрация H+,
моль/л
|
10-8
|
10-9
|
10-10
|
10-11
|
10-12
|
10-13
|
10-14
|
Косвенными показателями является окисляемость воды,
характеризуемая химической потребностью кислорода (ХПК), и
биологической потребностью кислорода (БПК).
ХПК характеризует расход кислорода на
окислительно-восстановительные процессы в воде, обусловленные её загрязнением
химическими веществами (без учёта его расхода на биологические процессы, т.е.
процессы, связанные с потреблением кислорода живыми организмами).
3.4.3.2. Биологические
показатели качества воды
Биологические
показатели качества воды можно разделить на прямые и косвенные. Прямые показатели
– это общее число бактерий и количество кишечных палочек. Загрязнение
микрофлорой характеризуется так называемый микробным числом, т.е. количеством
бактерий в 1 мл воды.
Загрязнение
кишечной палочкой выражается коли-индексом,
определяющим количество кишечных палочек в 1 мл воды. Их значения для питьевой
воды приведены в табл. 4.34. При эффективном обеззараживании в водопроводной
воде микробное число не превышает 100 в 1 мл. В воде артезианских скважин оно
не превышает 10-30, в воде незагрязнённых колодцев 300 – 400, а в воде
сравнительно чистых водоёмов 1 000-1 500 в 1 мл. Коли-индекс после
обеззараживания питьевой воды должен быть не более 3, в артезианских скважинах
– менее 2, в колодцах – не более 10.
Окисляемость
воды косвенно указывает на общее содержание в ней свежих органических веществ
(мочевины, аминокислот и т.п.) и характеризуется биологической потребностью
кислорода (БПК).
С
ростом концентрации органических веществ в воде окисляемость повышается. Для
артезианских вод окисляемость не превышает 2 – 4 мг/л O2 для открытых водоемов
– 4 – 7 мг/л O2.
БПК характеризует загрязнение воды источника нестойкими органическими веществами. Существует
способ учёта потребления кислорода за определённый срок хранения воды.
За
критерий оценки биохимической потребности кислорода принимают величину
уменьшения количества растворённого в воде кислорода в течение пяти суток при
температуре + 20 °С (БПК5).
В
воде водоёмов с чистой водой за этот срок содержание кислорода уменьшается не
более чем на 1 – 2 мг/л. В воде сильно загрязнённых источников через пять суток
отмечается полное исчезновение кислорода.
Коэффициент накопления в
гидробионтах Кн определяют по формуле (3.18)
, (3.18)
где Сгидробионт –
концентрация в гидробионтах; Свода – концентрация в воде.
При
оценке состояния водных экосистем достаточно надёжными показателями являются
характеристики состояния и развития всех экологических групп водного
сообщества.
Из гидробиологических показателей качества в России
нашёл наибольшее применение индекс сапробности водных объектов, который
рассчитывают исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов,
представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне).
Индекс сапробности определяют по формуле (3.19)
, (3.19)
где si– значение сапробности гидробионта, которое задаётся
специальными таблицами, hi – относительная встречаемость индикаторных организмов
(в поле зрения микроскопа); n – число выбранных индикаторных организмов.
3.4.3.3.
Органолептические показатели качества воды
К
основным органолептическим показателям воды относятся запах, вкус,
прозрачность и цвет воды.
Запах
воды определяется при обычной
температуре и при нагревании до 60 °С. Качественно запах характеризуется как:
«хлорный», «землистый», «болотный», «нефтяной», «ароматический», «непреодолимый»
и т.п. Качественно запах оценивается по пятибалльной системе, которая является
общепринятой также для обозначения запаха воздуха, вкуса и запаха воды и
пищевых продуктов (табл. 3.19).
Таблица 3.19
Шкала
интенсивности запаха и привкуса питьевой воды
Баллы
|
Интенсивность запаха и
привкуса
|
Характеристика интенсивности
|
0
1
2
3
4
5
|
Нет
Очень слабый
Слабый
Заметный ( средний )
Отчётливый ( сильный )
Очень сильный
|
Отсутствие ощущения запаха
или привкуса
Запах или привкус не поддающиеся
охарактериз-ованию, но определяемые в лаборатории опытным путём
Запах или привкус, не привлекающие
внимания потребителя но обнаруживаемые, если обратить на них внимание
Запах или привкус, легко
обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде неодобрительно
Запах и привкус, привлекающие
внимание и делающие воду неприятной для питья
Запах и привкус настолько сильны,
что делают воду непригодной для питья
|
|
|
|
|
Вкус воды определяется только при
уверенности, что она безопасна (отсутствуют ядовитые вещества и бактериальное
загрязнение). Вкус характеризуют как: солоноватый, горький, кислый, сладкий.
Говорят также, что вода имеет привкус: рыбный, металлический, неопределённый и
т.д. Интенсивность привкуса оценивают в баллах. При определении привкуса и
вкуса воды ею ополаскивают рот (примерно 10 мл) и не проглатывают.
Прозрачность воды определяют по печатному шрифту Снелла. Исследуемую воду
взбалтывают и доверху наливают в бесцветный цилиндр, имеющий по высоте
градуировку в сантиметрах и слабо-наклонный книзу отвод с краном. Дно цилиндра
прозрачное. Шрифт подкладывают под дно цилиндра и пробуют различить буквы
сквозь столб воды. Высота столба в сантиметрах указывает на степень прозрачности.
Прозрачность воды характеризует наличие в ней взвешенных веществ и служит
важным признаком её доброкачественности. Питьевая вода должна иметь
прозрачность не менее 30 см.
По
цвету вода определяется как бесцветная, слабо-жёлтая, буроватая и т.п. путём
сравнения профильтрованной воды с равным объёмом дистиллированной окрашенной
воды (не менее 40 мл).
Контрольные вопросы и задачи
1.
Что
представляет собой чистая вода и каковы её основные свойства?
2.
Что такое загрязнение воды и
каковы его последствия?
3.
Какие показатели качества
называются физико-химическими и каковы их значения для различных видов воды?
4.
Что
такое кислотность, окисляемость, жёсткость, растворённый кислород?
5.
Как влияют на качество воды
примеси металлов, солей, кислот, аммиака; фтор, органические вещества?
4.
Что такое ХПК, БПК, БПК5?
5.
Что такое микробное число и
коли-индекс?
6.
Каковы основные органолептические
показатели качества воды и как они определяются?
7.
Как вы оцениваете вкус воды?
8.
Какие запахи вы считаете приятными
и какие неприятными?
9.
Как вы оцениваете, какую часть
мироощущения теряет человек, когда
перестаёт ощущать запахи?
10. Какую роль
играют запахи в мире животных и растений?
11. Как
определяется индекс сапробности?
12.Что такое
индекс разнообразия и как он определяется?
|