А.А. Касьяненко
Современные методы оценки рисков в экологии
Учебное пособие. – М.: Изд-во РУДН 2008. – 271 с.
Предыдущая |
Содержание статьи:
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?
Предыдущая |