5.2. Общие требования к составу и свойствам воды

Качество и количество питьевой воды являются важнейшими факторами, влияющими на санитарно-эпидемиологическое благополучие населения и здоровье каждого человека. Природная вода из водоемов и водотоков содержит продукты метаболизма гидробионтов, а также различные химические вещества природного и антропогенного происхождения. В воде содержатся биогенные элементы: азот, фосфор, железо, углерод, растворенные газы (кислород, углекислота), токсичные вещества (свинец, ртуть, кадмий, фтор), а также опасные для человека микроорганизмы. Повышенная жесткость вод, содержание минеральных солей, в том числе таких, как хлориды, сульфаты, ионы кальция, магния, является фактором риска возникновения ишемической болезни сердца, хронических гастритов, гипертонической болезни, жёлче- и мочекаменной болезней и других хронических заболеваний.

ВОЗ в своем руководстве по контролю качества питьевой воды (1994 г) отмечает нецелесообразность единых международных нормативов качества питьевой воды и подчеркивает необходимость национальных стандартов ее качества, учитывающих особенности каждого государства и водопользования. В руководстве ВОЗ приведены более 50-ти рекомендуемых нормативов качества питьевой воды. Роль интернационального стандарта выполняют также европейские нормы качества воды.

В Украине в 1996г был разработан новый национальный норматив – ГосСанПиН (Санитарные правила и нормы) «Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды центрального хозяйственно-питьевого водоснабжения», который введен в действие с 2000г.

Этот документ, предназначенный для организаций, эксплуатирующих водопроводы хозяйственно-питьевого назначения, а также для органов и учреждений, осуществляющих государственный надзор за качеством питьевой воды централизованных систем, является нормативным документом нового типа и существенно отличается от прежнего общесоюзного ГОСТа 2874-82.

В документе с одной стороны – расширен перечень нормируемых показателей качественного состава питьевой воды (с 28 показателей в старом ГОСТе до 82 – в новом; для сравнения: в Европе – 63 показателя, США – 83), а с другой стороны – изменен сам подход к организации и проведению лабораторного контроля.

Принцип нормирования качества питьевой воды в новом СанПиНе остался прежним: питьевая вода систем центрального хозяйственно-питьевого водоснабжения должна быть безопасной для здоровья по показателям эпидемической, химической, радиологической безопасности и органолептическим показателям.

Основной идеей СанПиНа является утверждение конкретных новых показателей безопасности питьевой водопроводной воды и порядка контроля за объектами хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Новые достижения в расшифровке целого ряда заболеваний, в которых вода может играть роль фактора передачи, потребовали расширить спектр определяемых микробиологических показателей эпидемиологической безопасности питьевой воды и ввести в новый СанПиН раздел, характеризующий паразитологические показатели.

Впервые в обязательном порядке в питьевой воде вводится определение патогенных бактерий, вирусов и колифагов, а также числа патогенных кишечных простейших и числа кишечных гельминтов.

Кроме того, расширен перечень показателей химической безопасности, ужесточен ряд ПДК химических веществ, установлены показатели радиационной безопасности, впервые введены показатели физиологической полноценности минерального состава (5 показателей).

Состав и свойства воды в створах водопользования ни по одному из приводимых нормативов не должны превышать установленных нормативов. В случае использования водного объекта для различных нужд приоритетными являются более жесткие требованияв ряду одноименных показателей.

В табл. 5.1 и 5.2 приведены общие требования к составу и свойствам воды водных объектов разных категорий водопользования.

Таблица 5.1 – Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования

Таблица 5.2 – Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей

Взвешенные вещества. Взвешенные твердые частицы, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в неё света, на температуру, состав растворенных компонентов, адсорбцию токсичных веществ, на скорость осадкообразования. Взвешенные в питьевой воде вещества не только портят вкус воды, но и служат благоприятной средой для развития болезнетворных бактерий. Поэтому нормы строго ограничивают содержание взвесей в водопроводной воде: их концентрация не должна превышать 1,5 мг/л.

Вода, в которой много взвешенных веществ, не подходит для рекреационного использования по эстетическим соображениям.

Запрещаются к спуску взвеси со скоростью выпадения в осадок более 0,2 мм/с(для водохранилищ) иболее 0,4 мм/с(для проточных водоемов).

Запах водызависит от химического состава ее примесей и от растворенных в ней газов. Различают запахи естественного происхождения (от живущих и отмирающих в воде организмов, влияния окружающих почв и грунтов, срубов колодцев и т.д.) и искусственного происхождения (от случайного попадания промышленных или сточных вод, от реагентов, используемых для обработки воды и др.). Интенсивность запаха оценивают в баллах. В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды интенсивность запаха не должна превышать 2-х баллов при температуре 10…60⁰С (табл. 5.3).

Таблица 5.3 – Определение интенсивности запаха воды

Обычно выделяют такие виды запахов: ароматный (цветочный, огуречный), землистый, болотный, гнилой, древесинный, запах плесени, хлорный, нефтяной, фенольный, сероводородный и неопределенный (т.е. непохожий ни на один из перечисленных).

Запах воды, подвергнутой хлорированию, определяют через 30 мин после введения хлора.

Вкусводыразличают: горький, кислый, соленый. Все остальные вкусовые ощущения квалифицируются как привкусы.

Вкус воды обусловлен растворенными в ней веществами (табл. 5.4).

Таблица 5.4 –Влияние концентрации растворенных солей на вкус воды

Нередко неприятный привкус и запах сообщают воде продукты разложения животных и растительных организмов, например сероводород аммиак. Напротив, растворенные в воде кислород, диоксид углерода и небольшое количество гидрокарбоната кальция придают ей приятный, освежающий вкус.

Цветность – это показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды. Цветность природных вод обусловлена, главным образом, присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки и т.п. Сточные воды некоторых предприятий также могут создавать довольно интенсивную окраску воды.

Высокая цветность воды ухудшает её органолептические свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в воде, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ.

Цветность определяют колориметрически путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонной шкалой, имитирующей эту цветность; при этом используют платиново-кобальтовую шкалу. Окраска питьевой воды не должна превышать по этой шкале 20 условных градусов (в отдельных случаях допускается до 35⁰). Один градус цветности отвечает содержанию в 1л раствора 2,49 мг хлорплатината калия и 2,018 мг хлорида кобальта.

Более точным и объективным методом оценки цветности может быть использование спектрального анализа.

Температура воды – важнейший фактор, влияющий на протекающие в водоеме физические, химические, биохимические и биологические процессы, от которого в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения. Влияние температуры в водной среде связано как с растворимостью кислорода, так и других газов. Так, для пресной воды растворимость кислорода при 0⁰С равна 10,2 мл О₂/л, при 30⁰С – 5,5 мл/л и отсюда при более высокой температуре содержание кислорода понижается еще больше. Поэтому с увеличением температуры ухудшаются условия для дыхания водных организмов. Повышение температуры воды водоемов сопровождается резким увеличением активности бактерий, в том числе патогенной микрофлоры, для которой температура 37⁰С является оптимальной.

Увеличение температуры влияет на токсичность железа, марганца, ионов аммония и нитратов, приводит к повышению чувствительности биологических систем к ДДТ и металлам, уменьшению выживаемости рыб в присутствии аммиака, цианидов, тяжелых металлов и увеличению токсичности хлорорганических пестицидов.

С повышением температурычувствительность многих живых организмов к другим видам загрязнения увеличивается. В слишком теплой воде погибает икра некоторых рыб, другие же, например лосось, вообще не нерестятся.

Возможен буйный рост водорослей, поглощающих кислород. Так, на Атлантическом и Тихоокеанском побережьях появляется зона «цветения» вследствие бурного развития и размножения микроскопических жгутиковых водорослей (1 млн шт. в 1л воды). Некоторые жгутиконосцы выделяют в воду токсины, которые в 80 раз сильнее яда кобры. После «красных приливов» отравление получают десятки тысяч людей, употребляющих в пищу морепродукты.

Для некоторых промысловых рыб пороговые (летальные) температуры составляют 37,0…37,8⁰С, а для большинства водных организмов гибельна и температура 25…35⁰С.

Температура воды влияет на нерест миграции рыб. Причем для каждого вида рыб в зависимости от стадии их развития существуют определенные диапазоны температур. Так, при температуре 15…18⁰С у Калифорнийского побережья вылавливали на 36% больше тунца, чем при 21…24⁰С. Анчоус у побережья Перу отлично ловится при температуре 14…18⁰С, а при ее повышении уловы резко падают. В тоже время при 20…28⁰С возрастает добыча сардины.

Оптимальные температуры нереста: для трески – 2,5…3⁰С, камбалы – 4…7⁰С, скумбрии – 12…15⁰С, макрели – 10…16⁰С, сардины – 9…19⁰С, сельди – 3…12⁰С.

В связи с повышением температуры замедляется подвижностьрыб, а, следовательно, и ухудшаются возможности питания.

В этой связи в промышленно развитых странах устанавливают ограничения допустимого повышения температуры воды в водоемах. В Украине – это не >28⁰С в рыбохозяйственных водоемах в контрольном створе (т.е. не более 500м от места выпуска).

При повышении температуры происходит ускоренное накопление в конечных звеньях пищевых цепей таких токсических веществ, как ДДТ и ПХВ, а также тяжелых металлов – Pb, Hg, Cd, Co, Ni.

Растворенный кислород. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов.

Обогащение воды кислородом происходит за счет абсорбции кислорода из атмосферы, выделения кислорода в процессе фотосинтеза и при поступлении в водоемы дождевых и снеговых вод, которые обычно пересыщены кислородом.

Уменьшение содержания кислорода в воде связано с реакциями его потребления на окисление органических и неорганических веществ.

Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и веществ, подвергающихся окислению. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.

Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/л. Понижение его до 2 мг/л вызывает массовую гибель (замор) рыбы. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования содержание растворенного кислорода в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должно быть ниже 4 мг/л в любой период года.

Биохимическое потребление кислорода (БПК). Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с разной скоростью. К легкоокисляющимся („биологически мягким”)веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, анионоактивные ПАВ. Медленно разрушаются„биологически жесткие” вещества: гидрохинон, сульфанол, неионогенные ПАВ и др.

Показателем загрязнения водоемов является величина БПК, которая представляет количество кислорода (мг/л), израсходованное в определенный промежуток временина собственно биохимическое окисление нестойких органических соединений (за исключением процессов нитрификации). БПК может быть определено за 2, 5, 8, 10, 20 суток и БПК полное (БПК_п). По величине БПК можно судить о количестве органических веществ, содержащихся в воде.

В лабораторных условиях наряду с БПК_попределяется БПК₅. В поверхностных водах величины БПК₅ изменяются обычно в пределах 0,5…4 мг О₂/л и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Весьма значительны изменения величин БПК₅в зависимости от степени загрязненности водоемов. Так, для очень чистых водоемов БПК₅составляет 0,5…1,0 мг О₂/л, а для очень грязных – 10 мг О₂/л и более. Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК₅составляет обычно около 70% БПК_п. Для водоемов питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения величина БПК₅не должна превышать 2 мг О₂/л.

Полным биохимическим потреблением кислорода (БПК_п) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается. Для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК₂₀ ,считая, что эта величина близка к БПК_п.

Окисляемость и величина ХПК. Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: бихроматная, перманганатная, йодатная.

Бихроматная окисляемость (ХПК) – это количество кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1л воды ( мг О₂/л ).

Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли мг на 1л). Горные реки и озера имеют окисляемость 2…3 мг О₂/л, равнинные реки – 5…12 мг О₂/л.

Окисляемость подвержена закономерным сезонным колебаниям. Их характер определяется, с одной стороны, гидрологическим режимом и зависящим от него поступлением органических веществ с водосбора, с другой – гидробиологическим режимом.

В водоемах, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных малозагрязненных вод рекомендуется определять перманганатную окисляемость; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных объектов в контрольных створах и местах питьевого и хозяйственно – бытового водоснабжения величина ХПК не должна превышать 15 мг О₂/л; в зонах рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30 мг О₂/л. Перманганатгая окисляемость питьевой воды не должна превышать 5 мг О₂/л.

По соотношению БПК_полн/ХПК судят об эффективности биохимического окисления веществ.Чем глубже происходит окисление данной примеси, тем выше показатель БПК_п/ХПК. При отношении БПК_п/ХПК=0,5 и более вещества поддаются биохимическому окислению.

Биохимический показатель является параметром, необходимым для расчета и эксплуатации промышленных сооружений для очистки сточных вод. Его значение колеблется в широких пределах для различных групп сточных вод. Промышленные сточные воды имеют низкий биохимический показатель (0,05…0,3), бытовые сточные воды – свыше 0,5.