Загрязнение природных вод

Одним из перспективных способов уменьшения загрязнения поверхностных вод является закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты через систему поглощающих скважин (подземное захоронение). При этом способе отпадает необходимость в дорогостоящей очистке сточных вод и строительстве очистных сооружений. Однако данный метод целесообразен для изоляции лишь небольших количеств высокотоксичных сточных вод, так как очень непросто оценить возможные экологические последствия обширного загрязнения изолированных глубокозалегающих горизонтов подземных вод. В частности, при этом способе технически очень сложно полностью исключить возможность проникновения загрязненных вод из подземных водоносных горизонтов на поверхность земли или в другие водоносные горизонты через затрубные пространства скважин.

Основными мерами борьбы с загрязнением подземных вод являются профилактические. С этой целью совершенствуются методы очистки сточных вод, внедряются производства с бессточной технологией, тщательно изолируются резервуары промышленных стоков, регламентируется использование пестицидов и удобрений в сельском хозяйстве и т.д.

Важнейшей мерой предупреждения загрязнения подземных вод в районах водозаборов является устройство вокруг них санитарно-защитных зон, состоящих из трех поясов. На территории поясов запрещается размещение любых объектов, способных вызвать химическое или бактериальное загрязнения, запрещается использование минеральных удобрений и пестицидов, промышленная вырубка леса.

Значительную роль в деле охраны поверхностных вод от загрязнения и засорения играют агролесомелиорация и гидротехнические мероприятия. С их помощью можно предотвращать заиление и зарастание озер, водохранилищ и малых рек, а также эрозию, образование оползней, обрушение берегов и т.д.

Однако с учетом неразрывной связи всех природных и антропогенных экосистем необходимо иметь в виду, что невозможно обеспечить чистоту поверхностных водоемов и водотоков без защиты от загрязнений атмосферы, почв, подземных вод и т.д.Природные компоненты связаны с конкретными физико-географическими условиями города. Методически на практике важно различать измененные и не измененные человеком природные компоненты (например, чистая вода — загрязненная вода, природный климат — микроклимат города, ненарушенная литосфера — нарушенные территории и др.). Здесь речь идет о компонентах качественной характеристики состояния окружающей среды, обусловленной воздействием определенных факторов (соответственно загрязнение воды, горные выработки и др.). Основное различие понятий «фактор» и «компонент» заключается в том, что характеристика фактора обусловлена спецификой его воздействия на среду (движущая сила какого-либо процесса), а характеристика компонента — признаками изменения среды.

Вода должна быть безвредной для здоровья обслуживающего персонала и не обладать отрицательными органолептическими свойствами (при открытой системе). В качестве нормы степень санитарной безопасности может быть охарактеризована для используемых, в системах промышленного водоснабжения вод (природных, оборотных и очищенных сточных), не требующих дезинфекции или прошедших дезинфекцию хлором, величиной (количество кишечных палочек в 1 л воды), которая не должна быть более 1000; в последнем случае содержание свободного хлора в этой воде после хлорирования и 30-минутного контакта ее с хлором должно быть не менее 1,5 мг/дм3.

Воды — природный ресурс, понимаемый как воды, участвующие в круговороте в качестве химического соединения кислорода и водорода, существующие в жидком, твердом и газообразном состоянии, а также как вся вода, находящаяся в водных объектах (объектами правовой охраны являются поверхностные и подземные воды, источники питьевого водоснабжения).

Вода природных источников водоснабжения содержит вещества минерального и органического происхождения, а также микроорганизмы.

В воде природных источников чаще всего присутствуют кислород, углекислота и сероводород. Наличие кислорода и углекислоты не ухудшает качеств питьевой воды, но способствуют развитию коррозии металла и бетона.

В воде природных источников обычно содержатся растворенные газы — углекислота, кислород и сероводород. В зависимости от величины pH воды углекислота может встречаться в свободном состоянии — в виде углекислого таза СОг, полусвязанной углекислоты (бикарбонатные ионы НС03 ) и связанной углекислоты (карбонатные ионы С032-). При значениях pH<4,5 все углекислые соединения присутствуют только в виде свободной углекислоты1. При величине pH—8,4 углекислота находится в воде в полусвязанной форме, а при значениях рН>10,5 — только в связанной форме.

Состав воды природных поверхностных источников непостоянный. В них непрерывно происходят процессы окисления, восстановления, осаждения крупных и тяжелых частиц, а также биохимические процессы, приводящие к самоочищению воды. Очень сильно изменяется состав поверхностных вод суши по сезонам года, а также эпизодически в результате атмосферных осадков. Минерализация подземных вод, особенно глубоко залегающих, подвержена значительно меньшим колебаниям.

Состав воды природных источников непостоянный. В ней непрерывно протекают процессы окисления, восстановления, осаждения крупных и тяжелых частиц, а также ряд биологических процессов, приводящих к самоочищению воды.

Пресная вода - природная вода, имеющая низкую минерализацию, пригодная для питья.

Качество воды природных источников водоснабжения характеризуется в основном содержанием грубодисперсных взвесей, цветностью (обусловлена преимущественно растворенными гу-миновыми веществами), общим количеством органических веществ, вкусом и запахом, щелочностью (содержанием бикарбонатов, карбонатов и других солей слабых кислот) и концентрацией минеральных солей, в том числе катионов жесткости. Для оценки каждого из этих показателей введены абсолютные или условные критерии.

В анализе вод (природные и сточные воды, дождевая, артезианская, водопроводная и др.) вольтамперометрию (полярографию) используют в основном для определения примесей тяжелых металлов. Металлы извлекают из вод (экстракция, сорбция на ионообменных смолах и т.п.) и превращают их в соли обработкой сильными минеральными кислотами (азотная, серная и соляная кислоты), после чего полученные растворы анализируют на полярографе 

Жесткость воды. Природная вода, содержащая большое количество растворенных солей кальция и магния, называется жесткой. Соли, обусловливающие жесткость воды, не являются вредными для здоровья человека. Но присутствие в питьевой воде значительных количеств магния нежелательно, так как он ухудшает ее органолептические свойства. По нормам пределом содержания окиси магния считается 15 мг/л. Избыток солей магния (свыше 50% от общей жидкости) затрудняет умягчение воды.

Кроме того, вода природных источников, потребляемая предприятиями промышленности и особенно энергетики, используется в значительных количествах в качестве хладагента. Сброс подогретых вод обратно в водоем меняет его биоценоз, вызывает цветение воды.

Исследуемую воду (природную или имитирующий ее раствор) наливают в сосуды, добавляют реагенты, в том числе флокулянты, в различных сочетаниях и последовательности и вначале интенсивно, а затем медленно перемешивают (до 30 мин).

Температура воды природных источников колеблется в течение года в широких пределах; для рек СССР;— от 0 до 25° С. Подземные воды имеют относительно Постоянную температуру.

Контроль поверхностных вод природных водоемов осуществляют в нескольких створах — выше источника возможного загрязнения и ниже по течению реки на разных расстояниях от него. На проточных озерах и водохранилищах створы располагаются аналогичным образом. В створах, расположенных ниже источника возможного загрязнения, пробы воды, как правило, отбираются на нескольких вертикалях с разных горизонтов. В водоемах с замедленным водообменом наблюдения ведутся на разных уровнях в открытой части водоема, не подверженной непосредственному загрязнению.

Прозрачность и мутность воды. Природные воды, особенно поверхностные, почти никогда не бывают прозрачными из-за наличия в них взвешенных частиц глины, песка, ила, водорослей и других веществ минерального или органического происхождения.

Бактериальным свойствам воды должно быть уделено серьезное внимание уже на стадии выбора источника питьевого водоснабжения. Согласно ГОСТ 2761—57 источник считается пригодным, если среднее количество .кишечных палочек (юоли-индекс) на протяжении цикла исследований составляет: а) для источников, намечаемых к использованию только с хлорированием воды,— ,не более 1000 на 1 л воды; б) для источников, намечаемых к использованию с полной очисткой и хлорированием воды, — ¡не более 10 000 на 1л воды. Показатели пригодности воды природных источников, намечаемых к использованию, и воды после очистки и хлорирования приведены в

Содержание хлорид-ионов в воде природных водоемов варьирует в широких пределах. В речной и озерных водах, особенно в северных районах нашей страны (см. рис. 3.8), концентрация их невелика. Однако с увеличением минерализации воды абсолютное и относительное количество С1 возрастает;, в морях и большей части соляных озер он является главным анионом; в морской воде хлорид-ионы составляют 87% массы всех анионов. Объясняется это хорошей растворимостью хлоридов кальция, магния, натрия (см. п. 2.4.2.2) и малой растворимостью Са504 и СаС03. Поэтому с увеличением солесодержания в воде такие широко распространенные ионы, как БО и С03 (НСО ), достигая величин произведения растворимости в присутствии ионов Са2+ (см. п. 2.4.4), начинают выделяться в осадок, уступая» место иону С1

Эффективность удаления из воды веществ, обусловливающих ее запах, зависит от характера источника и методов очистки. Поэтому не представляется возможным установить какие-либо критерии запаха. Вообще желательно, чтобы вода природного источника не имела неприятного запаха, а имеющийся запах можно было устранять традиционными способами очистки. Температура поверхностных вод может изменяться в зависимости от их расположения и климатических условий, следовательно, для нее также невозможно установить твердые критерии. Мутность природной воды легко устраняется при химической очистке. Желательно, чтобы характеристики мутности не менялись часто, так как эти изменения нарушают режим работы очистных сооружений. •Стандарт для конкретного водного источника необходимо привести в соответствие с мощностью очистного сооружения с целью эффективного и непрерывного устранения мутности при приемлемых затратах.

Биологическое загрязнение воды.

Природные воды обильно заселены бактериями, водорослями, простейшими, червями и другими организмами. Биологические загрязнители развиваются тем интенсивнее, чем больше в воде питательных веществ. Самыми распространенными из микроорганизмов являются бактерии, которые принимают активное участие в образовании всех водных сообществ. Они в изобилии развиваются в иле и других грунтах, входя в состав донного населения; бактерии могут образовывать весьма обильные обрастания подводных предметов (перифитон). В виде бактериопланктона они входят в состав планктонного сообщества, относящегося к наиболее мелкой части планктона (наннопланктон). Бактерии образуют устойчивые взвеси, так как они по плотности близки к плотности воды из-за содержания в клетке высокой влажности (около 85% воды).

Метод служит для анализа сточных вод, содержащих продукты переработки и очистки нефти на нефтеперерабатывающих заводах, и для анализа вод природных водоемов в тех случаях, когда устанавливают, удовлетворяют ли эти воды принятым нормам предельно допустимых концентраций нефти и нефтепродуктов (0,1—0,3 мг/л). Нефтепродуктами при анализе вод следует считать неполярные и малополярные соединения, растворимые в гексане (гексан может быть замененпетролейным эфиром).

 Это определение сужает понятие «нефтепродукт», ограничивая его углеводородами, являющимися основной частью нефти (и еще очень небольшим числом органических соединений, редко сопутствующих углеводородам в сточных и природных водах). В то же время это определение достаточно четко выражает химико-аналитические свойства «нефтепродуктов».

Биологический способ очистки сточных вод, получивший широкое развитие во всем мире, основан, как известно, на способности микроорганизмов окислять различные вредные для человека и животных вещества. Аналоги этого способа существуют в природе. Например, попадающие в открытый водоем или реку загрязнения постепенно окисляются присутствующими там микроорганизмами. Однако при огромных объемах сточных вод природные водоемы не в состоянии справиться с такой нагрузкой.

Что касается основного химического состава воды природного происхождения, то он связан с растворенными в ней макро- и мнкрокомпонентами. Первые — кальций, магний, натрий, соединения хлорной, серной и углекислот — в зависимости от преобладания тех или иных соединений определяют гидрохимический класс вод. Вода может быть жесткой — с преобладанием гидрокарбонатов кальция и магния, мягкой — с преобладанием хлоридов и сульфатов или просто с малым количеством солей. Микрохимические компоненты, их называют микроэлементами, в основном представлены металлами, галогенами. Их название связано с обнаружением этих веществ в живых организмах в весьма малых количествах.

При значении рН<7 доза иода для обеззараживания воды природных водоисточников колеблется в пределах от 0,3 до 1 мг/л. При этом запах иода не обнаруживается, так как он становится заметным при концентрациях 1,5 мг/л. Если в воде имеются хло-рамины, то йодноватая кислота в силу своей меньшей окислительной способности консервируется до момента исчезновения сильного окислителя. Это обстоятельство продлевает срок бактерицидного действия йодноватой кислоты.

В южной и юго-западной части района формирование природных фоновых вод происходит под влиянием природных процессов внедрения морских вод в водоносный комплекс четвертичных отложений, а также в результате нагона морских вод в р. Туапсе с последующей их фильтрацией в период паводка в подземные воды. Это подтверждается результатами термодинамического моделирования процесса смешения вод при следующих условиях: I - 25 °С, р - 1 атм. Состав смешивающихся вод: подземная вода природного фонового состава, морские воды среднего состава (по данным В.В. Иванова, 1995). В результате моделирования был получен состав воды, близкий к составу реальной воды в южной части прибрежного района. Соотношение соответственно морской и подземной воды - 1:5.