Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод. Химические показатели воды
Важнейшими показателями качества воды, определяющими пригодность ее при использовании для питья, в промышленности и в энергетике, являются:
3. концентрация водородных ионов - рН;
4. общая жесткость и ее составляющие;
5. окисляемость (содержание органических веществ);
6. общая щелочность и ее составляющие;
Кроме того, для многих процессов необходимо контролировать содержание в воде катионов натрия, анионов хлора, карбонатных, сульфатных и силикатных соединений, а также соединений железа и алюминия.
Для питьевой воды наряду с первыми 5 показателями жестко нормируется содержание ряда ионов, органических, биологических загрязнений и радионуклидов.
Для определения содержания в воде взвешенных веществ производят фильтрование 1 л анализируемой воды через плотный бумажный фильтр, который затем высушивается при температуре 105-110 °С до постоянного веса. Косвенным, но более экспрессным, способом является определение содержания взвесей оптическими методами - нефелометрическим, по прозрачности (по шрифту или кресту) или мутности воды путем сравнения с эталонными образцами.
Сухой остаток определяют выпариванием 1 л предварительно профильтрованной пробы воды и высушиванием остатка при 105-110 °С до постоянного веса. В сухой остаток не входят взвешенные вещества, растворенные в воде газы и летучие вещества. Если сухой остаток прокалить при 800 °С, вес его уменьшится и получится прокаленный остаток. Уменьшение веса получается вследствие сгорания органических веществ и разложения карбонатов.
Щелочностью воды называется выраженная в мг-экв/л суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов. В зависимости от типа анионов, обусловливающих щелочность, различается гидратная, карбонатная, силикатная, гуманная и фосфатная щелочность. В большинстве природных вод концентрация бикарбонатов значительно превышает концентрацию анионов других слабых кислот, и общая щелочность совпадает с бикарбонатной.
Так как все перечисленные вещества реагируют с кислотой, то общая щелочность воды определяется количеством кислоты, затраченной на титрование с индикатором метилоранжем или фенолфталеином. Переход окраски у метилоранжа происходит при рН = 4,4, а у фенолфталеина при рН = 8,2. Сравнивая количество кислоты, пошедшей на титрование по метилоранжу М, с количеством кислоты, пошедшей на титрование по фенолфталеину Ф, можно определить вид щелочности.
Определение различных видов щелочности
Химические показатели
Химический состав воды является причиной заболеваний неинфекционной природы.
Причины изменения химического состава воды:
1) промышленная и сельскохозяйственная деятельность человека- поступление производственных и бытовых сточных вод, атмосферных осадков, содержащих вредные вещества.
2) очистка питьевой воды – применение химических приемов обработки воды и содержание остаточных количеств реагентов в воде.
Показатели:
1) сухой остаток
2) жесткость
3) хлориды
4) сульфаты
5) нитраты и нитриты
6) значение рН
7) микроэлементы
Сухой остаток.
Сухой остаток-это общее содержание растворенных твердых веществ в воде, он дает представление о степени минерализации воды. Основными ионами, определяющими сухой остаток, являются карбонаты, бикарбонаты, хлориды, сульфаты, нитраты, натрий, калий, кальций, магний. Данный показатель влияет на другие показатели качества питьевой воды, такие как привкус, жесткость, коррозирующие свойства и тенденция к накипеобразованию.
Воду с сухим остатком свыше 1000 мг/л называют минерализованной, до 1000 мг/л – пресной. Воду, содержащую до 50 – 100 мг/л, считают слабоминерализованной (дистиллированная) ,100 –300 мг/л–удовлетворительно минерализованной, 300 – 500 мг/л – оптимальной минерализации и 500 –1000 мг/л – повышенно минерализованной. Минерализованной водой является морская, минеральная, пресной – речная, дождевая, вода ледников.
Значение сухого остатка:
1) Вода с повышенным содержанием минеральных солей непригодна для питья, так как имеет соленый или горько- солёный вкус, а её употребление в зависимости от состава солей приводит к неблагоприятным физиологическим изменениям в организме:
а) способствует перегреву в жаркую погоду,
б) ведет к нарушению утоления жажды,
в) изменяет водно-солевой обмен за счёт увеличения гидрофильности тканей,
г) усиливает моторную и секреторную желудка и кишечника.
2) Слабоминерализованная вода неприятна на вкус, длительное её употребление может привести к нарушению водно-солевого обмена (уменьшение содержания хлоридов в тканях). Такая вода, как правило, содержит мало микроэлементов.
Жесткость
Общая жесткость воды обусловлена преимущественно присутствием в воде кальция и магния, которые находятся в виде гидрокарбонатов, карбонатов, хлоридов, сульфатов и других соединений; имеют также значение ионы стронция, железа, бария, марганца.
Виды жесткости:
1. Устранимая – величина, на которую уменьшается общая жесткость воды при кипячении её в течении 1часа. Обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния, которые разрушаются и выпадают в виде карбонатов в осадок (накипь).
2. Карбонатная – это жесткость, обусловленная бикарбонатами и малорастворимыми карбонатами. Устранимая жесткость приблизительно равна карбонатной, но когда в воде много гидрокарбонатов натрия и кальция, карбонатная жесткость значительно превышает устранимую.
3. Постоянная – это жесткость, которая остается после кипячения и обусловлена хлоридами, карбонатами, и сульфатами кальция и магния.
Воду с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/л называют мягкой, 3,5-7 –средней жесткости, 7-10 –жесткой, свыше-10 –очень жесткой.
Основными природными источниками жесткости воды являются осадочные породы, фильтрация и сток с почвы. Жесткая вода образуется в районах с плотным пахотным слоем и известковыми образованиями. Для подземных вод характерна большая жесткость, чем для поверхностных. Подземные воды, богатые карбоновыми кислотами и растворенным кислородом, обладают высокой растворяющей способностью по отношению к почвам и породам, содержащим минералы кальцита, гипса и доломита.
Основными промышленными источниками жесткости являются стоки предприятий, производящих неорганические химические вещества, и горнодобывающая промышленность. Оксид кальция используется в строительной промышленности, производстве бумажной массы и бумаги, рафинировании сахара, в очистке нефти, дублении и как реагент для очистки воды и сточных вод. Сплавы магния применяются в литейном и штамповочном производстве, бытовых продуктах. Соли магния используются в производстве металлического магния, удобрений, керамики, взрывчатых веществ, медикаментов.
Значение жесткой воды:
· ухудшаются органолептические свойства – вода имеет неприятный вкус;
· нарушается всасывание жиров в кишечнике в результате образования кальциево-магнезиальных нерастворимых мыл при омылении жиров;
· у лиц с чувствительной кожей способствует появлению дерматитов в связи с тем, что кальциево-магнезиальные мыла обладают раздражающим действием
· в хозяйственно-бытовом аспекте: увеличивается расход моющих средств, образуется накипь при кипячении, волосы после мытья становятся жесткими, ткани одежды теряют мягкость и гибкость, ухудшается разваривание мяса и овощей с потерей витаминов в результате связывания их в неусвояемые комплексы,
· имеются данные, что употребление слишком жесткой воды может приводить к увеличению частоты мочекаменной болезни; хотя есть сведения о том, что жесткость может служить защитой от болезней;
· при резком переходе от пользования жесткой водой к мягкой и наоборот могут у людей наблюдаться диспептические явления;
· портит вид, вкус и качество чая, который является важнейшим напитком у населения, стимулирующим желудочную секрецию и утоляющим жажду;
Имеются данные о том, что употребление мягкой воды может явиться причиной сердечно-сосудистых заболеваний.
Хлориды.
Хлориды могут быть минерального и органического происхождения. Присутствие хлоридов в природных водах может быть связано с растворением отложений солей, загрязнением, обусловливаемым нанесением соли на дороги с целью борьбы со снегом льдом, сбросом стоков предприятиями химической промышленности, эксплуатацией нефтяных скважин, сбросом сточных вод, ирригационным дренажом, загрязнением в результате вымывания твердых отбросов и вторжения морской воды в прибрежные районы. Каждый из этих источников может вызвать загрязнение поверхностных и подземных вод. Высокая растворимость хлоридов объясняет широкое распространение их во всех природных водах.
Влияние на здоровье. Хлориды – наиболее распространенные в организме человека анионы и играют большую роль в осмотической активности внеклеточной жидкости; 88% хлоридов в организме находятся во внеклеточном пространстве. У здоровых людей происходит почти полное всасывание хлоридов.
Значение хлоридов:
· ухудшаются органолептические свойства – вода приобретает солоноватый вкус и в связи с этим ограничивается водопотребление;
· влияет на водно – солевой обмен; повышается уровень хлоридов в крови, что приводит к снижению диуреза и перераспределению хлоридов в органах и тканях;
· вызывают угнетение желудочной секреции, в результате чего нарушается процесс переваривания пищи;
· имеются данные о том, что хлориды оказывают гипертензивный эффект и у людей, страдающих гипертонической болезнью употребление воды с повышенным содержанием хлоридов может вызвать утяжеление течения заболевания;
· являются показателем загрязнения подземных и поверхностных водоисточников, так как хлориды содержаться в сточных водах и физиологических выделениях человека.
Сульфаты.
Сульфаты поступают в водную среду со сточными водами многих отраслей промышленности. Атмосферная двуокись серы (SO 2) , образующаяся при сгорании топлива и выделяющаяся в процессах обжига в металлургии, может вносить вклад в содержание сульфатов в поверхностных водах. Трехокись серы (SO 3) , образующаяся при окислении двуокиси серы, в сочетании с парами воды образуют серную кислоту, которая выпадает в виде «кислого дождя» или снега. Большинство сульфатов растворимы в воде.
С сульфатом алюминия, который используется в качестве флоккулянта при очистке воды, в очищенную воду может дополнительно попадать 20-50 мг/л сульфатов. Сульфаты не удаляются из воды обычными методами очистки. Концентрация в большинстве пресных вод очень низкая.
Значение сульфатов:
· сульфаты плохо всасываются из кишечника человека. Они медленно проникают через клеточные мембраны и быстро выводятся через почки. Сульфат магния действует как слабительное в концентрации выше 100 мг/л, приводя к очищению ЖКТ. Такой эффект возникает у людей, впервые использующих воду с высоким содержанием сульфатов (при переезде на новое место жительства, где употребляют сульфатную воду). Со временем человек адаптируется к такой концентрации сульфатов в воде.
· ограничивается водопотребление, так как сульфаты придают воде горько-соленый вкус в концентрации свыше 500 мг/л.
· неблагоприятно влияют на желудочную секрецию, приводя к нарушению процессов переваривания и всасывания пищи.
· являются показателем загрязнения поверхностных вод производственными сточными водами и подземных вод водами вышележащих водоносных горизонтов.
Нитраты, нитриты.
Аммиак является начальным продуктом разложения органических азотосодержащих веществ. Поэтому наличие аммиака в воде может расцениваться как показатель опасного в эпидемическом отношении свежего загрязнения воды органическими веществами животного происхождения. В некоторых случаях наличие аммиака не указывает на недоброкачественность воды. Например: в глубоких подземных водах аммиак образуется за счет восстановления нитратов при отсутствии кислорода или повышенное содержание аммиака в болотистых и торфяных водах (аммиак растительного происхождения).
Соли азотистой кислоты (нитриты) представляют собой продукты неполного окисления аммиака под влиянием микроорганизмов в процессе нитрификации. Наличие нитритов свидетельствует о возможном загрязнении воды органическими веществами, однако нитриты указывают на известную давность загрязнения.
Соли азотной кислоты (нитраты) – конечные продукты минерализации органических веществ бактериями, присутствующими в почве и в воде с достаточным содержанием кислорода. Присутствие в воде нитратов без аммиака и нитритов указывает на завершение процесса минерализации.
Одновременное содержание в воде аммиака, нитритов и нитратов свидетельствует о незавершенности этого процесса и продолжающемся, опасном в эпидемическом отношении загрязнении воды. Однако повышенное содержание нитратов может иметь минеральное происхождение. Нитраты используют в качестве удобрений (селитра), во взрывчатых веществах, в химическом производстве и в качестве консервантов пищевых продуктов. Некоторые нитраты являются результатом фиксации в почве атмосферного азота (бактериальный синтез). Нитриты используют в качестве консервантов пищевых продуктов. Некоторые нитраты и нитриты образуются при вымывании дождем окислов азота, которые являются результатом разряда молнии или поступают из антропогенных источников.
Нитраты и нитриты широко распространены в окружающей среде, они обнаруживаются в большинстве пищевых продуктов, в атмосфере и во многих водных источниках. Поступлению этих ионов в воду способствует использование удобрений, гниение растительного и животного материала, бытовые стоки, удаление в почву осадка сточных вод, промышленные сбросы, выымывание из мест захоронения отходов и вымывание из атмосферы. В природных чистых водах нитратов, как правило, немного. Однако в грунтовых водах в пределах населенных пунктов, животноводческих ферм и в других местах, где почва длительно и массивно
загрязняется, содержание нитратов может быть высоким.
Поскольку ни один из обычно используемых методов очистки и обеззараживания воды не изменяет значительно уровня содержания нитратов, и поскольку концентрация нитратов заметно не изменяется в системе распределения воды, уровни содержания в водопроводной воде часто полностью аналогичны таковым для водных источников. Содержание нитритов в водопроводной воде ниже, чем в водных источниках, что вызвано их окислением в процессе очистки воды, особенно при хлорировании.
Метаболизм. Нитраты и нитриты легко поглощаются организмом. Нитраты поглощаются в верхних отделах тонкого кишечника, концентрируются преимущественно в слюне через посредство слюнных желез, выводятся через почки. Нитрат может легко превращаться в нитрит в результате бактериального восстановления. Восстановление нитратов в нитриты происходит во всем организме, включая желудок. Это превращение
зависит от значения рН. У грудных детей, у которых кислотность в желудке в норме очень низкая, образуется большое количество нитрита. У взрослых кислотность в желудке характеризуется значением рН 1-5 и в меньшей степени происходит превращение нитрата в нитриты. Нитрит может окислять гемоглобин в метгемоглобин. При определенных условия нитриты могут реагировать в организме человека с вторичными и третичными аминами и амидами (пища) с образованием нитрозаминов, некоторые из которых считаются канцерогенами.
Значение нитратов, нитритов:
· вызывают развитие «водно-нитратной метгемоглобинемии» за счет окисления нитритами гемоглобина в метгемоглобин. В основном данное заболевание возникает у детей. Чувствительность грудных детей к действию нитратов относили за счет их высокого поступления в организм относительно массы тела, присутствием нитрат редуцирующих бактерий в верхних отделах ЖКТ и более легким окислением эмбрионального гемоглобина. Кроме того, повышенная чувствительность наблюдается у грудных детей, страдающих нарушениями функции ЖКТ, при которых увеличивается количество бактерий, способных превращать нитраты в нитриты. Использование искусственных смесей для вскармливания детей тоже рассматривается как причина увеличения заболеваемости, так как вода, используемая для приготовления смеси может содержать повышенное количество нитратов. У грудных детей в желудке значение рН, близкое к нейтральному, способствует бактериальному росту в желудке и в верхних отделах кишечника. У детей отмечается недостаточность по двум специфическим ферментам, которые осуществляют обратное превращение метгемоглобина в гемоглобин. Длительное кипячение может усугублять проблему вследствие увеличения количества нитратов при испарении воды. Чаще причиной заболевания являлось использование в качестве источника воды частных колодцев с микробиологическим загрязнением (в них отсутствуют водоросли, активно потребляющие нитраты). Заболевание характеризуется развитием одышки, цианоза, тахикардии, судорог. У детей старше 1 года и взрослых заболевание в форме острого токсического цианоза не наблюдается, но возрастает содержание метгемоглобина в крови, что ухудшает транспорт кислорода к тканям – это проявляется слабостью, бледностью кожных покровов, повышенной утомляемостью.
· вызывают образование нитрозаминов, некоторые из них могут быть канцерогенами. Образование этих веществ происходит во рту или где-либо ещё в организме, где кислотность относительно низкая.
· являются показателем загрязнения воды органическими веществами.
Значение рН (активная реакция).
Кислыми являются болотистые воды, содержащие гуминовые вещества, щелочными – подземные воды, богатые бикарбонатами.
Значение:
· определяет природные свойства воды;
· является показателем загрязнения открытых водоемов при спуске в них кислых или щелочных производственных сточных вод;
· значение рН тесно связано с другими показателями качества питьевой воды. Рост железобактерий в большой степени зависит от рН. Они образуют в качестве конечного продукта метаболизма гидрат окиси железа, который придает красный цвет воде. При высоких значениях рН вода приобретает горький вкус.
· эффективность процессов коагуляции и обеззараживания зависит от рН. Обеззараживающее действие хлора в воде ниже при высоких значениях рН; это связано со снижением концентрации хлорноватистой кислоты.
Микроэлементы.
В природных водах встречаются различные микроэлементы: бром, бор, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, свинец, мышьяк, бериллий, фтор, йод и др.
Фтор.
Основным источником поступления фтора в организм человека является питьевая вода. Источником фтора в воде являются почва и подстилающие её породы, где находятся растворимые фторсодержащие минеральные соединения. Вода открытых водоемов может загрязняться фторсодержащими соединениями при выпуске в них промышленных сточных вод. В воде открытых водоемов содержится пониженное количество фтора. Высокие концентрации фтора чаще встречаются в водах артезианских скважин.
Фтор, потребляемый с водой, почти полностью всасывается, удерживается в скелете и в небольшом количестве в зубных тканях. При концентрации фтора выше 1 , 5 мг/л у людей, пьющих такую воду, развивается флюороз зубов, свыше 5 мг/л возможен флюороз скелета. Флюороз зубов характеризуется появлением на эмали зубов фарфороподобных или пигментированных в желтый или коричневый цвет пятен или эрозий, а также повышенной стираемостью зубов. При снижении концентрации фтора ниже 1 мг/л у населения возрастает заболеваемость кариесом, так как он снижает растворимость эмали при условиях повышенной кислотности среды. В высоких дозах фтор остро токсичен для человека: развивается геморрагический гастроэнтерит, острый токсический нефрит и поражение печени и сердечной мышцы.
Железо.
В поверхностных водах железо присутствует в трехвалентном состоянии, хотя в восстановительных условиях в подземных водах может содержаться и двухвалентное железо. Присутствие железа в природных водах связано с растворением горных пород и минералов, дренажом кислых шахтных вод, фильтрацией со свалок, сбросом сточных вод и стоками предприятий металлургической промышленности.
Значение железа:
· соли двухвалентного железа нестабильны и выпадают в осадок в виде нерастворимого гидроксида железа, который оседает в виде налёта ржавого цвета. Железо придает воде мутность, желто-бурую окраску. Такая вода неприятна на вкус (имеет горьковатый металлический вкус), окрашивает бельё и водопроводимую арматуру.
· осадок железа снижает ток воды и ускоряет рост железобактерий. Они получают энергию при окислении двухвалентного железа в трехвалентное, и в ходе этого процесса откладывается ил, покрывающий трубопроводы.
Медь.
Медь часто обнаруживается в поверхностных водах, она придает воде неприятный вяжущий привкус и окраску. Присутствие меди в воде не представляет опасности для здоровья, хотя может препятствовать использованию воды в бытовых целях. Медь увеличивает коррозию алюминиевой и цинковой посуды и арматуры.
Марганец.
Марганец, присутствующий в поверхностных водах, встречается в растворимой и во взвешенной формой. Более высокие концентрации марганца обычно связаны с промышленным загрязнением. Интоксикация марганцем, поступающим с питьевой водой, не описана. Марганец придает нежелательный привкус напиткам и окрашивает арматуру и белье при стирке. Если соединения марганца в растворе подвергаются окислению, марганец выпадает в осадок, вызывая проблемы накипеобразования.
Цинк.
Карбонаты, оксиды и сульфиды цинка плохо растворимы в воде, хотя высокорастворимые хлоридные и сульфатные соли склонны к гидролизу с образованием гидроксида и карбоната цинка. В результате этого концентрация цинка в природных водах обычно низкая. Концентрация цинка в водопроводной воде выше вследствие вымывания его из оцинкованных труб, латуни и цинксодержащей арматуры. Вследствие низкой токсичности цинка и эффективных гомеостатических механизмов регуляции опасность для человека хронической токсичности цинка, поступающего с питьевой водой и рационом, маловероятна. Цинк придает воде нежелательный вяжущий привкус, кроме того, может появляться опалесценция и образовываться маслянистая пленка при кипячении.
Алюминий.
Алюминий поступает в воду в результате сброса промышленных сточных вод, эрозии, вымывании вещества из минералов и почвы, загрязнения атмосферной пылью и выпадения осадков. Соли алюминия широко используются при очистке воды для устранения её цветности и мутности. Соли алюминия, поступившие вовнутрь, не вызывают у человека никаких вредных эффектов. В норме они не всасываются из пищи и воды, а образуют комплексы с фосфатами и выводятся с фекалиями. Алюминий может ухудшать органолептические свойства воды – появляется неприятный, вяжущий вкус.
Хром.
Питьевая вода обычно содержит хром в очень низких концентрациях. Загрязнение воды происходит в результате применения хрома в хозяйственной деятельности человека и в результате сброса стоков, содержащих соединения хрома. Неблагоприятные для человека эффекты присутствующего в воде хрома связаны с шестивалентным хромом. Хром в пределах 10 мг/кг массы тела вызывает у человека некроз печени, нефрит и смерть; более низкие дозы приводят к раздражению слизистой оболочки ЖКТ. Имеются данные о том, что хром может вызывать развитие злокачественных новообразований.
Свинец.
Наличие свинца в поверхностных водах обусловлено сбросом промышленных стоков. В питьевой воде содержание свинца относительно низкое, но при использовании свинцовых труб его концентрация может существенно увеличиваться. В литературе имеется информация о кишечном всасывании свинца из водных растворов, содержащих растворенный свинец. Свинец в высоких дозах является кумулятивным метаболическим ядом общего действия.
Ртуть.
Ртуть может присутствовать в окружающей среде в виде металла, в виде солей и в виде ртутьорганических соединений, наиболее важным является метилртуть. Метилртуть может получаться из неорганической ртути под действием микроорганизмов, обнаруживаемых в донных отложениях и в осадке сточных вод. Наличие повышенных концентраций ртути указывает на загрязнение воды. Рыбы и млекопитающие поглощают и удерживают ртуть и в районах, где вода загрязнена ртутью и где рыба составляет значительную часть рациона, поступление элемента в организм может быть значительным.
Ртуть не выполняет никакой физиологической функции в организме. Метилртуть полностью всасывается в ЖКТ. Отравление ртутью проявляется неврологическими и почечными нарушениями, гонадотоксическим и мутагенным эффектами.
Никель.
Многие соли никеля растворимы в воде, что может приводить к загрязнению воды, также может быть промышленный сброс в реки стоков, содержащих соединения никеля. Некоторое количество никеля удаляется при традиционных методах очистки воды, поэтому содержание никеля в очищенной воде ниже, чем в неочищенной. Никель является эссенциальным элементом, поглощение из ЖКТ низкое. Никель относительно нетоксичен. Считается, что те уровни никеля, которые обнаруживаются в пище и воде, не представляют серьезной опасности для здоровья.
Температура воды
поверхностных источников зависит от температуры воздуха, его влажности, скорости и характера движения воды и ряда других факторов. Она может изменяться в значительных пределах. Температура воды подземных источников относительно постоянна и составляет обычно 4-8 оС.
Оптимальной температурой воды для питьевых целей считается 7-11 оС.
Цветность воды
- интенсивность окраски, выраженная по платиново-кобальтовой шкале. Один градус шкалы соответствует цвету 1 литра воды, окрашенного добавлением 1 мг соли - хлорплатината кобальта. Цветность воды подземных вод вызывается соединениями железа, реже - гумусовыми веществами (грунтовка, торфяники, мерзлотные воды); цветность поверхностных - цветением водоёмов.
По нормам СанПиН 2.1.4.559-96 на питьевую воду, цветность воды не должна быть выше 20 о.
Мутность
определяется содержанием в воде взвешенных веществ. Сравнивая при одинаковом освещении образец исследуемой воды и образцы дистиллированной воды, того же объёма, искусственно замутнённые определённым количеством стандартной взвеси, подбирают образец с наиболее подходящей концентрацией. Мутность может выражаться в миллиграммах на литр (мг/л), единицах мутности по формазину или единицах мутности NTU. Мутность воды подземных источников, как правило, невелика и обуславливается взвесью гидрооксида железа. В поверхностных водах мутность чаще обусловлена присутствием фито- и зоопланктона, глинистых или илистых частиц, поэтому величина зависит от времени паводка (межени) и меняется в течение года.
По нормам СанПиН 2.1.4.559-96, мутность питьевой воды должна быть не выше 1,5 мг/л.
Вкус
вызывается наличием в воде растворенных веществ и может быть соленым, горьким, сладким и кислым
. Природные воды обладают, как правило, только солоноватым и горьковатым привкусом. Солёный вкус вызывается содержанием хлорида натрия, горький - сульфата магния. Кислый вкус воде придаёт большое количество растворённой углекислоты. Вода может иметь также чернильный
или железистый
привкус, вызванный солями железа и марганца или вяжущий
привкус, вызванный сульфатом кальция.
По нормам СанПиН 2.1.4.559-96, привкус должен быть не более 2 баллов.
Запахи воды определяются живущими и отмершими организмами, растительными остатками, специфическими веществами, выделяемыми некоторыми водорослями и микроорганизмами, а также присутствием в воде растворенных газов - хлора, аммиака, сероводорода, меркаптанов или органических и хлорорганических загрязнений. Различают природный запахи: ароматический, болотный, гнилостный, древесный, землистый, плесневый, рыбный, травянистый, неопределённый и сероводородный . Запахи искусственного происхождения называют по определяющим их веществам: фенольный, хлорфенольный, нефтяной, смолистый и так далее. Интенсивность запаха измеряется органолептически по пятибалльной шкале:
0 баллов - запах и привкус не обнаруживается
1 балл - очень слабые запах или привкус (обнаруживает только опытный исследователь)
2 балла - слабые запах или привкус, привлекающие внимание неспециалиста
3 балла - заметные запах или привкус, легко обнаруживаемые и являющиеся причиной жалоб
4 балла - отчётливые запах или привкус, которые могут заставить воздержаться от употребления воды
5 баллов - настолько сильные запах или привкус, что вода для питья совершенно непригодна.
По нормам СанПиН 2.1.4.559-96 запах воды должен быть не более 2 баллов.
ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
Активная реакция
воды - степень её кислотности или щёлочности - определяется концентрацией водородных ионов. Обычно выражается через рН - отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. При рН = 7,0 реакция воды нейтральная, при рН 7,0 среда щелочная.
По нормам СанПиН 2.1.4.559-96 рН питьевой воды должен быть в пределах 6,0…9,0
Жесткость воды определяется содержанием в воде солей жесткости (кальция и магния). Она выражается в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Различают следующие виды жесткости:
Карбонатная - характеризуется содержанием в воде гидрокарбоната кальция, который при кипячении разлагается на практически нерастворимый карбонат и углекислый газ. Поэтому её еще называют временной жесткостью.Некарбонатная или постоянная жесткость - содержание некарбонатных солей кальция и магния.
Общая - сумма карбонатной и некарбонатной жесткости.
Вода поверхностных источников, как правило, относительно мягкая (3…6 мг-экв/л) и зависит от географического положения - чем южнее, тем жесткость воды выше. Жесткость подземных вод зависит от глубины и расположения горизонта водоносного слоя и годового объема осадков. Жесткость воды из слоёв известняка составляет обычно 6 мг-экв/л и выше.
По СанПиНу 2.1.4.559-96 жесткость питьевой воды должна быть не выше 7,0 мг-экв/л
Щёлочность воды. Под общей щёлочностью воды подразумевается сумма содержащихся в ней гидратов и анионов слабых кислот (угольной, кремниевой, фосфорной и т.д.). В подавляющем большинстве случаев для подземных вод имеется в виду гидрокарбонатная щёлочность, то есть содержание в воде гидрокарбонатов.
Хлориды
присутствуют практически во всех водах. В основном их присутствие в воде связано с вымыванием из горных пород наиболее распространённой на Земле соли - хлорида натрия (поваренной соли). Повышенное содержание хлоридов в совокупности с присутствием в воде аммиака, нитритов и нитратов может свидетельствовать о загрязнённости бытовыми сточными водами.
ПДК хлоридов в воде питьевого качества - 300…350 мг/л (в зависимости от стандарта).
Сульфаты
попадают в подземные воды в основном при растворении гипса, находящегося в пластах. Повышенное содержание сульфатов в воде приводит к расстройству желудка (тривиальные названия сульфата магния и сульфата натрия (солей, обладающих слабящим эффектом) - "английская соль" и "глауберова соль" соответственно).
ПДК сульфатов в воде питьевого качества - 500 мг/л.
Азотсодержащие вещества (ионы NH4+, NO2- и NO3-) образуются в воде преимущественно в результате разложения мочевины и белков, попадающих в неё с бытовыми сточными водами. Первым продуктом распада является аммиак (аммонийный азот)
. В природной воде ионы аммония окисляются бактериями Nitrosomonas и Nitrobacter до нитритов
и нитратов
. По наличию, количеству и соотношению в воде азотсодержащих соединений можно судить о степени и давности заражения воды продуктами жизнедеятельности человека. Употребление воды с повышенным содержанием нитритов и нитратов приводит к нарушению окислительной функции крови.
ПДК в воде аммония составляет 2,0 мг/л; нитритов - 3,0 мг/л; нитратов - 45,0 мг/л
Фосфаты
обычно присутствуют в воде в небольшом количестве, поэтому их присутствие указывает на возможность загрязнения промышленными стоками или стоками с сельскохозяйственных полей. Повышенное содержание фосфатов оказывает сильное влияние на развитие сине-зелёных водорослей, выделяющих токсины в воду при отмирании.
ПДК в питьевой воде соединений фосфора составляет 3,5 мг/л.
Фториды и йодиды.
Фториды и йодиды в чём-то похожи. Оба элемента при недостатке или избытке в организме приводят к серьёзным заболеваниям. Для йода это - заболевания щитовидной железы ("зоб"), возникающие при суточном рационе менее 0,003 мг или более 0,01 мг. Для восполнения дефицита йода в организме возможно употребление йодированной соли, но лучший выход - это включение в рацион рыбы и морепродуктов. Особенно богата йодом морская капуста.
Недостаток фтора в воде приводит к кариесу, его избыток - к флюорозу ("пятнистая эмаль зубов"), рахиту и малокровию. Оптимальная доза фтора в питьевой воде составляет 0,7…1,2 мг/л. При пониженном содержание фтора в питьевой воде рекомендуется пользоваться зубной пастой с добавлением фтора. Фтор - один из немногих элементов, которые лучше усваиваются организмом из воды, хотя его можно получать и из ананасов.
Окисляемость
обусловлена содержанием в воде органических веществ и отчасти может служить индикатором загрязнённости источника сточными водами. Различают окисляемость перманганатную и окисляемость бихроматную
(или ХПК
- химическая потребность в кислороде). Перманганатная окисляемость характеризует содержание легкоокисляемой органики, бихроматная - общее содержание органических веществ в воде. По количественному значению показателей и их отношению можно косвенно судить о природе органических веществ, присутствующих в воде, о пути и эффективности технологии очистки.
По СанПиНу перманганатная окисляемость воды должна быть не выше 5,0 мг О2/л.
Общее солесодержание и сухой остаток
характеризуют минерализацию (содержание растворенных солей в воде).
По СанПиН 2.1.4.559-96 на питьевую воду, сухой остаток должен быть не более 1000 мг/л
Истинно растворённом виде (двухвалентное железо, прозрачная бесцветная вода)
Нерастворённом виде (трёхвалентное железо, прозрачная вода с коричневато-бурым осадком или ярко выраженными хлопьями)
Коллоидном состоянии (окрашенная желтовато-коричневая опалесцирующая вода, осадок не выпадает даже при длительном отстаивании)
Железоорганика - соли железа и гуминовых и фульвокислот (прозрачная желтовато-коричневая вода)
Железобактерии (коричневая слизь на водопроводных трубах)
Марганец встречается в аналогичных модификациях.
Повышенное содержание обоих элементов в воде вызывает потёки на сантехнике, окрашивает бельё при стирке и придаёт воде железистый или чернильный привкус. Длительное употребление такой воды для питья вызывает отложение указанных элементов в печени и по вредности значительно обгоняет алкоголизм.
ПДК в воде железа составляет 0,3 мг/л; марганца - 0,1 мг/л.
Сероводород
, встречающийся в подземных водах, преимущественно неорганического происхождения. Он образуется в результате разложения сульфидов (пирит, серный колчедан) кислыми водами и восстановления сульфатов сульфатредуцирующими бактериями. Сероводород обладает резким неприятным запахом и является общеклеточным и каталитическим ядом. По этим причинам, а также вследствие интенсификации процессов коррозии, сероводород следует полностью удалять из воды хозяйственно-питьевого назначения (по ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая").
СанПиН 2.1.4.559-96 на питьевую воду мало того, что допускает присутствие сероводорода в воде до 0,003 мг/л, а сульфидов - до 3 мг/л, так эти цифры ещё никак не согласуется с элементарными знаниями химии: по данным диссоциации сероводорода и сульфидов в воде, при рН=9,0 (верхняя граница норматива на питьевую воду) доля сульфидов составляет примерно 98,5-99%, то есть в сто
раз выше, чем сероводорода, и ПДК сульфидов соответственно должен быть не выше 0,3 мг/л
.
Кто и как допустил такую оЧепятку в нормативный документ
?
Хлор появляется в питьевой воде в результате её обеззараживания. Сущность обеззараживающего действия хлора заключается в окислении или хлорировании (замещении) молекул веществ, входящих в состав цитоплазмы клеток бактерий, отчего бактерии гибнут. Очень чувствительны к хлору возбудители брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры. Даже сильно заражённая бактериями вода в значительной мере дезинфицируется сравнительно малыми дозами хлора. Однако отдельные хлоррезистентные особи сохраняют жизнеспособность, поэтому полной стерилизации воды не происходит.
Остаточный хлор (оставшийся в воде после обеззараживания) необходим для предотвращения возможного вторичного заражения воды во время прохождения по сети. Содержание остаточного хлора в водопроводной воде должно быть не менее 0,3 мг/л и не более 0,5 мг/л.
Растворенный кислород в подземных водах отсутствует, содержание в поверхностных водах соответствует парциальному давлению, зависит от температуры воды и интенсивности процессов, обогащающих или обедняющих воду кислородом и может достигать 14 мг/л
Натрий и калий попадают в подземные воды за счёт растворения коренных пород. Основным источником натрия в природных водах являются залежи поваренной соли NaCl, образовавшиеся на месте древних морей. Калий встречается в водах реже, так как он лучше поглощается почвой и извлекается растениями.
Медь, цинк, кадмий, свинец, мышьяк, никель, хром и ртуть
преимущественно попадают в источники водоснабжения со стоками промышленных вод. Медь и цинк могут также попадать при коррозии соответственно оцинкованных и медных водопроводных труб из-за повышенного содержания агрессивной углекислоты.
Все вышеперечисленные соединения относятся к тяжёлым металлам и обладают кумулятивным действием, то есть свойством накапливаться в организме и срабатывать при превышении определённой концентрации в организме.
ПДК в воде меди составляет 1,0 мг/л; цинка - 5,0 мг/л.
Алюминий может попадать в воду при её обработке коагулянтами и при сбросе сточных вод переработки бокситов. ПДК в воде солей алюминия составляет 0,5 мг/л.
Бор и селен присутствуют в некоторых природных водах в качестве микроэлементов в весьма незначительной концентрации, однако при их превышении возможно серьёзное отравление.
→ Очистка сточных вод
Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод
Состав сточных вод и их свойства оценивают по результатам сани-тарно-химического анализа, включающего наряду со стандартными химическими тестами целый ряд физических, физико-химических и санитарно-бактериологических определений.
Сложность состава сточных вод и невозможность определения каждого из загрязняющих веществ приводит к необходимости выбора таких показателей, которые характеризовали бы определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ. Такие показатели называются групповыми или суммарными. Например, определение органолептических показателей (запах, окраска) позволяет избежать количественного определения в воде каждого из веществ, обладающих запахом или придающих воде окраску.
Полный санитарно-химический анализ предполагает определение следующих показателей: температура, окраска, запах, прозрачность, величина рН, сухой остаток, плотный остаток и потери при прокаливании, взвешенные вещества, оседающие вещества по объему и по массе, перман-ганатная окисляемость, химическая потребность в кислороде (ХПК), биохимическая потребность в кислороде (БПК), азот (общий, аммонийный, нитритный, нитратный), фосфаты, хлориды, сульфаты, тяжелые металлы и другие токсичные элементы, поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, растворенный кислород, микробное число, бактерии группы кишечной палочки (БГКП), яйца гельминтов. Кроме перечисленных показателей, в число обязательных тестов полного санитарно-химического анализа на городских очистных станциях может быть включено определение специфических примесей, поступающих в водоотводящую сеть населенных пунктов от промышленных предприятий.
Температура - один из важных технологических показателей, функцией температуры является вязкость жидкости и, следовательно, сила сопротивления оседающим частицам. Поэтому температура - один из определяющих факторов процесса седиментации. Важнейшее значение имеет температура для биологических процессов очистки, так как от нее зависят скорости биохимических реакций и растворимость кислорода в воде.
Окраска – один из органолептических показателей качества сточных вод. Хозяйственно-фекальные сточные воды обычно слабо окрашены и имеют желтовато-буроватые или серые оттенки. Наличие интенсивной окраски различных оттенков - свидетельство присутствия производственных сточных вод. Для окрашенных сточных вод определяют интенсивность окраски по разведению до бесцветной, например 1:400; 1:250 и т.д.
Запах – органолептический показатель, характеризующий наличие в воде пахнущих летучих веществ. Обычно запах определяют качественно при температуре пробы 20°С и описывают как фекальный, гнилостный, керосиновый, фенольный и т.д. При неясно выраженном запахе определение повторяют, подогревая пробу до 65°С. Иногда необходимо знать пороговое число - наименьшее разбавление, при котором запах исчезает.
Концентрация ионов водорода выражается величиной рН. Этот показатель чрезвычайно важен для биохимических процессов, скорость которых может существенно снижаться при резком изменении реакции среды. Установлено, что сточные воды, подаваемые на сооружения биологической очистки, должны иметь значение рН в пределах 6,5 – 8,5. Производственные сточные воды (кислые или щелочные) должны быть нейтрализованы перед сбросом в водоотводящую сеть, чтобы предотвратить ее разрушение. Городские сточные воды обычно имеют слабощелочную реакцию среды (рН = 7,2-7,8).
Прозрачность характеризует общую загрязненность сточной воды нерастворенными и коллоидными примесями, не идентифицируя вид загрязнений. Прозрачность городских сточных вод обычно составляет 1-3 см, а после очистки увеличивается до 15 см.
Сухой остаток характеризует общую загрязненность сточных вод органическими и минеральными примесями в различных агрегативных состояниях (в мг/л). Определяется этот показатель после выпаривания и дальнейшего высушивания при t = 105 °С пробы сточной воды. После прокаливания (при t = 600°C) определяется зольность сухого остатка. По этим двум показателям можно судить о соотношении органической и минеральной частей загрязнений в сухом остатке.
Плотный остаток – это суммарное количество органических и минеральных веществ в профильтрованной пробе сточных вод (в мг/л). Определяется при таких же условиях, что и сухой остаток. После прокаливания плотного остатка при t = 600°С можно ориентировочно оценить соотношение органической и минеральной частей растворимых загрязнений сточных вод. При сравнении прокаленных сухого и плотного остатков городских сточных вод определено, что большая часть органических загрязнений находится в нерастворенном состоянии. При этом минеральные примеси в большей степени находятся в растворенном виде.
Взвешенные вещества – показатель, характеризующий количество примесей, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтровании пробы. Это один из важнейших технологических показателей качества воды, позволяющий оценить количество осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод. Кроме того, этот показатель используется в качестве расчетного параметра при проектировании первичных отстойников. Количество взвешенных веществ – один из основных нормативов при расчете необходимой степени очистки сточных вод. Потери при прокаливании взвешенных веществ определяются так же, как для сухого и плотного остатков, но выражаются обычно не в мг/л, а в виде процентного отношения минеральной части взвешенных веществ к их общему количеству по сухому веществу. Этот показатель называется зольностью. Концентрация взвешенных веществ в городских сточных водах обычно составляет 100 – 500 мг/л.
Оседающие вещества - часть взвешенных веществ, оседающих на дно отстойного цилиндра за 2 ч отстаивания в покое. Этот показатель характеризует способность взвешенных частиц к оседанию, позволяет оценить максимальный эффект отстаивания и максимально возможный объем осадка, который может быть получен в условиях покоя. В городских сточных водах оседающие вещества в среднем составляют 50-75% общей концентрации взвешенных веществ.
Под окисляемостью понимают общее содержание в воде восстановителей органической и неорганической природы. В городских сточных водах подавляющую часть восстановителей составляют органические вещества, поэтому считается, что величина окисляемости полностью относится к органическим примесям. Окисляемость – групповой показатель. В зависимости от природы используемого окислителя различают химическую окисляемость, если при определении используют химический окислитель, и биохимическую, когда роль окислительного агента выполняют аэробные бактерии – этот показатель – биохимическая потребность в кислороде -БПК. В свою очередь, химическая окисляемость может быть перманганат-ной (окислитель КМп04), бихроматной (окислитель К2Сг207) и иодатной (окислитель KJ03). Результаты определения окисляемости независимо от вида окислителя выражают в мг/л 02. Бихроматную и иодатную окисляемость называют химической потребностью в кислороде или ХПК.
Перманганатная окисляемость – кислородный эквивалент легко-окисляемых примесей. Основная ценность этого показателя – быстрота и простота определения. Перманганатная окисляемость используется с целью получения сравнительных данных. Тем не менее, есть такие вещества, которые не окисляются КМп04. Определяя ХПК, можно достаточно полно оценить степень загрязненности воды органическими веществами.
БПК - кислородный эквивалент степени загрязненности сточных вод биохимически окисляемыми органическими веществами. БПК определяет количество кислорода, необходимое для жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в окислении органических соединений. БПК характеризует биохимически окисляемую часть органических загрязнений сточной воды, находящихся в первую очередь в растворенном и коллоидном состояниях, а также в виде взвеси.
Для математического описания процесса биохимического потребления кислорода наиболее часто используют кинетическое уравнение первого порядка. Для вывода уравнения введем ряд обозначений: La – количество кислорода, необходимое для окисления всего органического вещества, т.е. БПКполн мг/л; Lt – то же, потребленное к моменту времени t, т.е. БПКЬ мг/л; La – Lt – то же, остающееся в растворе к моменту времени t, мг/л.
Азот находится в сточных водах в виде органических и неорганических соединений. В городских сточных водах основную часть органических азотистых соединений составляют вещества белковой природы – фекалии, пищевые отходы. Неорганические соединения азота представлены восстановленными – NH4+ и NH3 окисленными формами N02” и N03” Аммонийный азот в большом количестве образуется при гидролизе мочевины – продукта жизнедеятельности человека. Кроме того, процесс аммонификации белковых соединений также приводит к образованию соединений аммония.
В городских сточных водах до их очистки азот в окисленных формах (в виде нитритов и нитратов), как правило, отсутствует. Нитриты и нитраты восстанавливаются группой денитрифицирующих бактерий до молекулярного азота. Окисленные формы азота могут появиться в сточной воде лишь после биологической очистки.
Источником соединений фосфора в сточных водах являются физиологические выделения людей, отходы хозяйственной деятельности человека и некоторые виды производственных сточных вод. Концентрации азота и фосфора в сточных водах – важнейшие пока- | затели санитарно-химического анализа, имеющие значение для биологической очистки. Азот и фосфор – необходимые компоненты состава бактериальных клеток. Их называют биогенными элементами. При отсутствии азота и фосфора процесс биологической очистки невозможен.
Хлориды и сульфаты – показатели, концентрация которых влияет на общее солесодержание.
В группу тяжелых металлов и других токсичных элементов входит большое число элементов, которое по мере накопления знаний о процессах очистки все более возрастает. К токсичным тяжелым металлам относят железо, никель, медь, свинец, цинк, кобальт, кадмий, хром, ртуть; токсичным элементам, не являющимся тяжелыми металлами, – мышьяк, сурьма, бор, алюминий и т.д.
Источник тяжелых металлов – производственные сточные воды машиностроительных заводов, предприятий электронной, приборостроительной и других отраслей промышленности. В сточных водах тяжелые металлы содержатся в виде ионов и комплексов с неорганическими и органическими веществами.
Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) – органические соединения, состоящие из гидрофобной и гидрофильной частей, обусловливающих растворение этих веществ в маслах и в воде. Примерно 75% общего количества производимых СПАВ приходится на долю анионо-активных веществ, второе место по выпуску и использованию занимают неионогенные соединения. В городских сточных водах определяют СПАВ этих двух типов.
Нефтепродукты – неполярные и малополярные соединения, экстрагируемые гексаном. Концентрация нефтепродуктов в водоемах строго нормируется, и поскольку на городских очистных сооружениях степень их задержания не превышает 85%, в поступающей на станцию сточной воде также ограничивается содержание нефтепродуктов.
Растворенный кислород в поступающих на очистные сооружения сточных водах отсутствует. В аэробных процессах концентрация кислорода должна быть не менее 2 мг/л.
Санитарно-бактериологические показатели включают: определение, общего числа аэробных сапрофитов (микробное число), бактерий группы кишечной палочки и анализ на яйца гельминтов.
Микробное число оценивает общую обсемененность сточных вод микроорганизмами и косвенно характеризует степень загрязненности воды органическими веществами – источниками питания аэробных сапрофитов. Этот показатель для городских сточных вод колеблется в пределах 106 – 108.
