Показники якості води та їх визначення. Вплив на здоров'я людини. Вода. Що ми п'ємо?

біогенні елементи

Питання контролю якості води внесли в поняття біогенних елементів широкий сенс: до них відносять сполуки (точніше, компоненти води), які, по-перше, є продуктами життєдіяльності різних організмів; по-друге, є "будівельним матеріалом" для живих організмів. В першу чергу до них відносяться сполуки азоту (нітрати, нітрити, органічні та неорганічні амонійні сполуки), фосфору (ортофосфати, поліфосфати, органічні ефіри фосфорної кислоти і ін.).

З'єднання сірки цікаві в зв'язку з цим, в меншій мірі, так як сульфати вже розглядаються в аспекті компонента мінерального складу води, а сульфіди і гідросульфіти, якщо пріутствуют в природних водах, то в дуже малих концентраціях і можуть бути виявлені за запахом.

нітрати

Нітрати є солями азотної кислоти. Підвищений вміст нітратів у воді може служити індикатором забруднення водойми в результаті поширення фекальних або хімічних забруднень (сільськогосподарських, промислових). Згідно СанПин 2.1.4.1074-01 для питної води ГДК нітратів становить 45 мг / л. Питна вода і продукти харчування, утримання підвищену кількість нітратів, можуть викликати захворювання, в першу чергу у немовлят (так звана метгемоглобінемія), а також людей, що страждають серцево-судинними захворюваннями. Допустиме добове споживання за рекомендаціями ВООЗ - 5 мг / кг маси. У цьому випадку особливо небезпечні грунтові води, що живлять криниці, оскільки у відкритих водоймах нітрати частково споживаються водними рослинами. Разом з тим, рослини не так чутливі до збільшення вмісту у воді азоту, як фосфору.

Фосфати і загальний фосфор

Фосфор є необхідним елементом для життя, проте його надлишок призводить до прискорення евтрофікації водойм **. Великі кількості форсфора можу потрапляти у водойми в результаті природною і антропогенних процесів - поверхневої ерозії грунтів, неправильного або надмірного застосування мінеральних добрив і ін.

ГДК поліфосфатів у воді водойм становить 3,5 мг / л у перерахунку на фосфат-іон РО4-3, лімітуючий показник шкідливості - органолептичний.

Біохімічна потреба в кисні (БПК)

БПК - показник якості води, що характеризує сумарний вміст в воді органічних речовин. Природними джерелами органічних речовин є руйнуються останки організмів рослинного і тваринного походження, як жили в воді, так і потрапили у водойму з листя, по повітрю, з берегів і т.п. Крім природних, існують також техногенні джерела органічних речовин.

У природних умовах знаходяться у воді органічні речовини руйнуються бактеріями з утворенням двоокису вуглецю. При цьому на окислення споживається розчинений у воді кисень. Таким чином, в процесі біохімічного окислення органічних речовин у воді відбувається зменшення концентрації кисню, і ця спад побічно є мірою вмісту у воді органічних речовин.

Найчастіше визначають біохімічне споживання кисню за п'ять діб - БСК5, і, як правило, цей показник в поверхневих водоймах знаходиться в межах 0,5-4,0 мг / л.

Таблиця 11. Характеристика вод по БСК5

Дуже чиста

0,5-1,0

Чистий 1,1-1,9 Помірно забруднена 2,0-2,9 Забруднена 3,0-3,9 Брудна 4,0-10,0 Дуже брудна Більш 10,0

Особливістю біохімічного окислення органічних речовин у воді є супутній йому процес нітрифікації (окислення азотовмісних сполук нитрофицирующие бактеріями), що спотворює характер споживання кисню.

Норматив на БПК для водойм господарсько-питного водокористування - 3 мг / л, для водойм культурно-побутового водокористування - 6 мг / л.

амоній

Катіони амонію є продуктом мікробіологічного розкладання білків тваринного і рослинного походження. Утворився таким чином амоній знову втягується в процес синтезу білків. З цієї причини амоній і його сполуки в невеликих концентраціях зазвичай присутні в природних водоймах.

Амонійні з'єднання в великих кількостях входять до складу мінеральних і органічних добрив, крім того, амонійні сполуки в значних кількостях присутнє в нечистотах (фекаліях). З цих причин підвищений вміст амонійного азоту в поверхневих водах обячно є ознакою господарсько-фекальних забруднень.

ГДК аміаку і іонів амонію в воді водойм становить 2,6 мг / л. Згідно СанПин 2.1.45.1074-01 ГДК амонію в питній воді становить 2,0 мг / л. За даними ВООЗ, сожержаніе амонію не повинно перевищувати 0,5 мг / л. Постійний прийом всередину води з підвищеним вмістом амонію викликає хронічний ацидоз і зміни в тканинах.

нітрити

Нітритами називаються солі азотної кислоти. Нітрит-аніони є проміжними продуктами біологічного розкладання азотовмісних органічних сполук. Завдяки здатності перетворюватися в нітрати, нітрити, як правило, відсутні в поверхневих водах. ГДК нітритів (по NO2-) у воді водоймищ становить 3,3 мг / л, для питної води - 2,0 мг / л.

Фтор (фториди)

Фтор у вигляді фторидів може міститися в природних і ґрунтових водах. Надлишок фтору в організмі викликають руйнування зубної емалі, бере в облогу кальцій, що призводить до порушень кальцієвого і фосфорного обміну. З цих причин визначення фтору в питній воді, а також грунтових водах (наприклад, воді колодязів і артезіанських свердловин) і воді водойм господарсько-пітевой призначення, є дуже важливим. ГДК фтору в питній воді для різних кліматичних районів становить від 0,7 до 1,5 мг / л.

метали

Залізо загальне

Залізо - один з найпоширеніших елементів у природі. Його вміст у земній корі становить близько 4,7% за масою, тому залізо, з точки зору його поширеності в природі, прийнято називати макроелементом.

У природній воді залізо міститься у вигляді сполук, в яких залізо може бути дво- або тривалентним. У свою чергу, з'єднання заліза можуть утворювати справжні або колоїдні розчини. На повітрі двовалентне залізо швидко окислюється до тривалентного, розчини якого мають буре забарвлення.

Таким чином, оскільки з'єднання заліза у воді можуть існувати в різних формах, точні результати можуть бути отримані тільки при визначенні сумарного заліза у всіх його формах, так званого "загального заліза", хоча іноді виникає необхідність визначити залізо в його індивідуальних формах.

Двовалентне залізо (Fe2 +) майже завжди знаходиться у воді в розчиненому стані, хоча можливі випадки при певних рівнях рН, коли гідроксид заліза (II) випадає в осад. Реакція окислення (Fe2 +) ⇔ (Fe3 +) широко поширена в природі. Тривалентне залізо (Fe3 +) - гідроксид заліза (III), Fe (OH) 3 - не розчиняється у воді. Органічне залізо зустрічається у воді в різних формах і в складі різних комплексів. Органічні сполуки заліза, як правило, розчинні або мають колоїдну структуру і дуже важко піддаються видаленню.

Залізобактерій зустрічаються практично скрізь. Їх "візитною карткою" можна вважати іржаву слиз, що покривають трубу водогону.

Деякі види бактерій (наприклад, Gallionella ferruginea, вид стебельчастих, стрічкоподібної бактерій) "питаюся" розчиненим залізом в процесі своєї життєдіяльності. При цьому відбувається перетворення двовалентного заліза в тривалентне, яке зберігається в желеподібної оболонці навколо бактерії, при відмирання железобактерии відкладаються у вищезгаданій слизу.

Колоїдне залізо - це нерозчинні, невидимі оку частинки розміром менше 1 мікрона. Через малогог розміру їх дуже складно видалити фільтруванням за допомогою гранульованих фільтруючих матеріалів. Великі органічні молекули (такі як таніни і лігніни) також потрапляють в цю категорію. Колоїдні частинки через свого малого розміру і високого поверхневого заряду, відразливого частинки один від одного і препятсвие їх укрупнення, створюють у воді суспензії, які не випадають в осад, а знаходяться в підвішеному состояни. Колоїдне залізо характерно для поверхневих вод (колоїди Fe (OH) 3).

Деякі органічні молекули здатні зв'язувати залізо в складні розчинні комплекси, звані хелатами. Так, прекрасними хелатообразующіе агентами є фульво- і гумінові кислоти, які відіграють важливу роль в грунтовому іонообмінних.

Основною формою заліза в поверхневих водах є комплексні сполуки тривалентних іонів заліза з розчиненими неорганічними і органічними сполуками, головним чином з солями гумінових кислот - гуматами. У болотних водах, де багато гумусових речовин, завжди багато заліза. При рН = 8,0 основною формою заліза у воді є гідроксид заліза Fe (OH) 3, що знаходиться у зваженій колоїдної формі. У підземних водах залізо присутнє в основному в розчиненому двухвалентном вигляді. Тривалентне залізо при певних умовах також може пристосовувати в воді в розчиненому вигляді як в формі неорганічних солей (наприклад, сульфатів), так і в складі розчинних органічних комплексів.

Згідно СанПин 2.1.4.1074-01 вміст заліза не повинна перевищувати 0,3 мг / л (а за нормами Європейського співтовариства навіть 0,2 мг / л). При рівні встановленого ВООЗ переноситься добового споживання (ПСП) заліза, що дорівнює 0,8 мг / кг маси тіла людини, безпечне для здоров'я сумарний вміст заліза у воді становить 2 мг / л. Надлишок заліза, в першу чергу, надає токсичний вплив на печінку, селезінку, головний мозок; може посилювати перебіг запальних процесів.

Дефіцит заліза в організмі призводить до анемії, патологій серцевого м'яза і скелетних м'язів, а також може бути причиною зниження імунітету. Залізо незамінне у процесах кровотворення і внутрішньоклітинного обміну.

Важкі метали

Поняття "Важкі метали" не відноситься до строго визначеним. Різні автори в складі групи важких металів вказують різні хімічні елементи. В екологічних публікаціях в цю групу включають близько 40 елементів з атомної масою понад 50 атомних одиниць.

Н. Ф. Реймерс відносить до тяжких метали з щільністю більше 8 г / см3, виділяючи при цьому підгрупу благородних металів. Таким чином, до власне "важким" віднесені мідь, нікель, кадмій, кобальт, вісмут, ртуть і свинець.

Група фахівців, яка працює під патронажем Європейської економічної комісії ООН і що займається моніторингом викидів в навколишнє природне середовище важких металів, включає в цю групу також цинк, миш'як, селен, сурму.

Є й інші класифікації. Важкі метали за характером біологічної дії можна поділити на токсиканти і мікроелементи, які мають принципово різний характер впливу на живі організми. Токсиканти мають негативний вплив на організми при будь-якої концентрації, в той час як мікроелементи мають область недостатності, визивющей негативний ефект, і область необхідних для життя концентрацій, при перевищенні яких знову виникає негативний ефект. Типовими токсикантами є: кадмій, свинець, ртуть; мікроелементами - марганець, мідь, кобальт.

Мідь. Є мікроелементом, міститься в організмі людини, головним чином, у вигляді комплексних органічних сполук і відіграє важливу роль в процесах кровотворення. Отруєння сполуками міді можуть призводити до розладів нервової системи, порушення функцій печінки, нирок та д.т.н. ГДК міді у воді водойм господарсько-питного або культурно-побутового призначення становить 1,0 мг / л, лімітуючий показник шкідливості - органолептичний.

Цинк. Є мікроелементом і входить до складу деяких ферментів. Негативний вплив сполук цинку може виражатися в ослабленні організму, підвищеної захворюваності, астмоподобних явищах і ін. ГДК цинку в воді водойм становить 1,0 мг / л, лімітуючий показник шкідливості - загальносанітарна.

Кадмій. Сполуки кадмію дуже отруйні. Діють на багато систем організму - органи дихання і шлунково-кишковий тракт, центральну і периферичну нервові системи. ГДК кадмію у воді водойм становить 0,001 мг / л, лімітуючий показник шкідливості - санітарно-токсикологічний.

Ртуть. Відноситься до ультрамікроелементів і постійно присутній в організмі, потрапляючи з їжею. Сполуки ртуті викликають глибокі порушення функційцентральной нервової системи (ЦНС), серця, судин, порушення імунної системи орагнизма і інші. ГДК ртуті у воді водойм становить 0,0005 мг / л, лімітуючий показник шкідливості - санітарно-токсикологічний.

Свинець. Сполуки свинцю - отрути, що діють на все живе, але викликають зміни особливо в нервовій системі, крові і судин. Органічні сполуки свинцю (тетраметілсвінец, тетраетилсвинець) - сильні нервові язи, є активними інгібіторами обмінних процесів. Для всіх сполук свинцю характерно кумулятивна дія. ГДК свинцю у воді водойм становить 0,03 мг / л, лімітуючий показник шкідливості - санітарно-токсикологічний.

Органічні речовини

Спектр органічних домішок дуже широкий:

Група розчинених домішок:

• гумінові кислоти і їх шари;
• гумати натрію, калію амонію;
• деякі домішки промислового походження;
• частина амінокислот і білків;

Група нерозчинених домішок:

• фульвокислоти (солі) і гумінові кислоти і їх солі;
• гумати кальцію, магнію і заліза;
• жири різного походження;
• частинки різного походження, в тому числі мікроорганізми.

Вміст органічних речовин у воді оченівается по методикам визначення окислюваності води, змісту органічного вуглецю, біохімічної потреби в кисні, а також поглинання в ультрафіолетовій області.

Величина, що характеризує вміст у воді органічних і мінеральних речовин, що окислюються одним з найсильніших окислювачів за певних умов, називається окисляемостью. Існує кілька видів окисляемости води: перманганатная, біхроматна, іодатная, церієвої (методики визначення двох останніх застосовуються рідко).

Окислювачі можуть діяти і на неорганічні домішки, наприклад, на іони Fe2 +, S2-, NO-2, але співвідношення між цими іонами і органічними домішками в поверхневих водах істотно зрушено в бік органічних домішок, тобто "Органіки" у вирішальній мірі більше.

У підземних водах (артезіанських) це співвідношення - зворотне, т.е.органіческіх домішок набагато менше, ніж зазначених іонів. Практично їх немає зовсім. До того ж неорганческіе домішки можуть визначатися безпосередньо індивідуально.

Для природних малозагрезненних вод рекомендовано визначати перманганатна окислюваність (Перманганатна індекс); в більш забруднених водах визначають, як правило, біхроматной окислюваність (ГПК).

Окислюваність перманганатная визначається МГО / л, якщо враховується маса іонів кисню в складі перманганату калію, який пішов на окислення "органіки", або мг KMnO4 / л, якщо оцінюється кількість перманганату калію, який пішов на окислення "органіки".

Таблиця 12. Характеристика вод по перманганатная окислюваність

Величина окислюваністьОдиниця виміру, мг О / л

Дуже мала до 4 Мала більше 4 до 8 Середня понад 8 до 12 Висока більше 12 до 20 Дуже висока більше 20

Інтегральні показники якості води - індекси якості

Кожен з показників якості води в окремо хоча і несе інформацію про якість води, все ж не може служити мірою якості води, тому що не дозволяє судити про значення інших показників. Разом з тим, результатом оцінки якості води повинні бути деякі інтегральні показники, які охоплювали б основні показники якості води (або ті з них, за якими зафіксовано неблагополуччя).

Гідрохімічний індекс забруднення води

У найпростішому випадку, при наявності результатів по декільком оцінюваним показниками, може бути розрахована сума наведених концентрацій компонентів, тобто ставлення їх фактичних концентрацій до ГДК.

Сума наведених концентрацій може розраховуватися тільки для хімічних речовин з однаковими лімітуючим показником шкідливості - огранолептіческім і санітарно-токсикологічними.

При наявності результатів аналізів по достатній кількості показніків можна візначаті класи якості води, Які є інтегральною характеристикою забрудненості поверхнево вод. Класи якості визначаються за індексом забруднення води (ИЗВ).

Значення ИЗВ розраховуються для кожного пункту відбору проб (створу). Далі по таблиці, в залежності від значення ИЗВ, визначають клас якості води.

Таблиця 13. Характеристики інтегральної оцінки качесвто води

Менш і дорівнює 0,2 I Дуже чисті Більш 0,2-1 II Чисті Більше 1-2 III Помірно брудні Більш 2-4 IV Забруднені Більш 4-6 V Брудні Більш 6-10 VI Дуже брудні Свяше 10 VII Надзвичайно брудні

У число 7 основних, так званих "лімітуються" показників, при розрахунку ИЗВ в обов'язковому порядку входять концентрація розчиненого кисню і значення БСК5, а також значення ще чотирьох показників, які є для даного водойми (води) особливо не благополучними або мають найбільші наведені концентрації.

Для розрахунку ИЗВ показники вибираються незалежно від лімітуючої ознаки шкідливості, проте за однакової кількості наведених концентрацій Перевага надається речовинам, які мають санітарно-токсикологічний ознака шкідливості (як правило, такі речовини мають відносно більшою шкідливістю).

Завдання інтегральної оцінки якості води практично збігаються із завданнями гідрохімічного моніторингу, тому що для остаточного висновку про класі якості води необ'одіми результати аналізів за цілою низкою показників протягом тривалого періоду.

Мікробіологічні показники

Рівень забрудненості і клас якості водних об'ктов іноді встановлюють в залежності від мікробіологічних показників.

Таблиця 14. Оцінка качесвто вод за мікробіологічними показниками

Клас чистоти Характеристика класу чистоти води

Загальна кількість бактерій,

106 клітин

Число сапрофітних бактерій 1000 клітин / мл Відношення загального числа бактерій до числа сапрофітних бактерій I Дуже чиста Менш 0,5 Менш 0,5 До 1000 II Дуже чиста Від 0,5 до 1,0 Від 0,5 до 5,0 Понад 1000 III Помірно забруднена Більш 1,0 до 3,1 Понад 5,0 до 10,0 Від 1000 до 100 IV Помірно забруднена Більш 3,1 до 5,0 Понад 10,0 до 50,0 Менш 100 V Брудна Більш 5,0 до 10,0 Більш 50,0 до 1000 Менш 100 VI Дуже брудна Більш 10,0 Більше 1000 Менш 100

** Евтрофікація (грец. Εὐτροφία - гарне харчування) - насичення водойм біогенними елементами, що супроводжується зростанням біологічної продуктивності водних басейнів.