Формирование и оценка качества природных вод. Показатели качества природной воды: физико-химические, гидробиологические и микробиологические свойства природной воды

Вода – химическое соединение водорода (11,11 %) и кислорода (88,89 %). Чистая вода бесцветна и не имеет запаха и вкуса. Природная вода по своему составу весьма разнообразна. В ее состав входят соли (преимущественно в виде ионов, молекул и комплексов), органические вещества (в молекулярных соединениях и в коллоидном состоянии), газы (в виде молекул и гидратированных соединений), диспергированные примеси, гидробионты (планктон, бентос, нейстон, пагон), бактерии, вирусы.

Физико-химические свойства воды

Водород и кислород при соединении обеспечивают создание устойчивой молекулы, в которой электроны «находят себя», так как оба элемента живут как бы при дефиците электронов. Атомы и электроны особым образом располагаются в микропространстве, их внешние (у кислорода) электроны объединяются, В результате молекуле воды свойственна дисимметрия: кислородная часть молекулы имеет отрицательный заряд, а водородная – положительный. Они смещены относительно друг друга, поэтому такая молекула похожа на маленький электромагнит.

Пространственная схема строения молекулы воды имеет вид тетраэдра, или четырехлопастного винта, с двумя положительными и двумя отрицательными зарядами на вершинах тетраэдра, или концах лопастей винта. В центре таких фигур находится ядро атома кислорода, а на двух соседних вершинах, или лопастях, – положительно заряженные атомы водорода, а на двух других – отрицательно заряженные электроны.

Молекулы воды оказываются чрезвычайно устойчивыми, поскольку атомы кислорода и водорода связаны друг с другом посредством образования электронных пар. Это так называемая ковалентная связь. Такую молекулу очень трудно разрушить, поэтому вода способна существовать в условиях разнообразных и очень сильных воздействий.

Качество воды в поверхностных источниках определяется совокупностью физико-географических условий (климат, рельеф местности, почвенный покров, характер прибрежной растительности), биологических процессов, протекающих в водоеме с участием гидробионтов, и деятельности человека (регулирование речного стока, строительство гидротехнических сооружений, ирригация, судоходство, сброс сточных вод и т, д.).

Под качеством природной воды понимают совокупность ее свойств, обусловленных характером содержащихся в воде примесей. По своей природе примеси природных вод делятся на органические и неорганические. Отдельную группу примесей составляют микрофлора и микрофауна природных водоемов, оказывающие существенное влияние на качество воды в самом водоеме, а также на работу очистных сооружений и систем водоснабжения промышленных предприятий. С этой точки зрения особое значение имеет не только природа примесей, но и их физико-химическое состояние.

Согласно классификации академика Л. А. Кульского, примеси природных вод в зависимости от их физико-химического состояния, в значительной степени определяемого дисперсностью, делятся на четыре группы.

Первая группа примесей со степенью дисперсности 103...10-5 см представлена взвешенными в воде частицами, образующими суспензии и эмульсии. Это частицы глины и песка, малорастворимые гидроксиды металлов, иловые частицы, эмульсии минеральных масел, нефтепродукты, микроорганизмы, обитающие в толще воды, в том числе бактерии.

Вторую группу примесей составляют коллоидно-растворенные примеси и высокомолекулярные органические вещества со степенью дисперсности 10-5...10-6 см. В основном это минеральные и органоминералъные частицы почвы и грунта, коллоидные соединения железа, а также гумус – продукт биохимического разложения растительных и животных остатков. Гумусовые вещества, относящиеся ко второй группе примесей, представлены гуминовыми и фульвокислотами, образующими коллоидные растворы и придающими воде цветность. Коллоидные примеси второй группы увеличивают мутность воды.

К третьей группе примесей относятся молекулярно-растворенные вещества со степенью дисперсности 10-6…10-7 см. В эту же группу входят вирусы и бактериофаги.

К растворенным органическим соединениям естественного происхождения относят также продукты жизнедеятельности и разложения бактерий, актиномицетов, плесеней, водорослей, макрофитов и других обитателей водной среды и растворенные фульвокислоты. Различные источники загрязнения существенно повышают концентрацию органических веществ в водоеме. Продукты жизнедеятельности гидробионтов при массовом их развитии придают воде различные запахи и привкусы, борьба с которыми представляет значительные трудности. К этой же группе примесей относят растворенные в воде газы: кислород, диоксид углерода.

Растворенный кислород играет важную роль в биохимических процессах, происходящих в водоеме. Диоксид углерода образуется при окислении органических веществ микроорганизмами и частично переходит в гидросферу из атмосферы. Растворенная углекислота потребляется фотосинтетиками в качестве источника углерода. В воде некоторых загрязненных поверхностных водоемов может присутствовать растворенный сероводород – продукт жизнедеятельности аммонифицирующих и сульфатвосстанавливающих бактерий.

Четвертую группу примесей составляют вещества, диссоциирующие в воде на ионы. Степень дисперсности их менее 10-7 см. Это в основном различные соли, суммарная концентрация которых определяет степень минерализации воды. Общее содержание солей в воде большинства природных источников достаточно точно определяется катионами Са2+, Mg2+, Na+, K+ и анионами HCO3–, SO42–, Сl–. Однако природные воды содержат и массу других элементов, таких, как железо, марганец, фосфор, азот и т. д., которые наряду с основными катионами и анионами обеспечивают микроорганизмам полноценное минеральное питание.

Поверхностные воды характеризуются большим содержанием нерастворимых веществ, в частности органических соединений. Помимо частиц песка и глины в них имеются лёсс, илистые вещества, различные карбонатные соединения, гидроксиды алюминия, марганца и железа, высокомолекулярные органические примеси гумусового происхождения, иногда в виде органо-минеральных комплексов, планктон и др.

Содержание взвешенных веществ в поверхностных водоисточниках изменяется от нескольких единиц до десятков тысяч миллиграммов на литр. Как правило, минимальное содержание солей характерно для северных рек с поверхностным питанием (Нева, Северная Двина), а максимальное – для южных, которые питаются подземными водами (Терек), По виду растворенных солей в воде реки подразделяют на гидрокарбонатные (Волга, Кама), сульфатные (Дон), хлоридные (Ишим). Содержание органических веществ в речных водах достигает 180 мг/л и более (северные реки). В воде озер содержание солей изменяется. Количество органических веществ в них достигает 100 мг/л и более. Состав воды водохранилищ зависит от условий формирования и режима источников питания. Как правило, вода хранилищ характеризуется значительным содержанием органических веществ, наличием планктона и повышенной минерализацией в придонных слоях.

Подземные воды не содержат большого количества органических веществ, но часто насыщены минеральными солями, а иногда и газами (H2S, CO2, СН4). При гидравлической связи между поверхностными и подземными водами последние отличаются повышенной окисляемостью. Наблюдается прямая зависимость между глубиной залегания подземных вод и степенью их минерализации. Подземные воды часто характеризуются значительной жесткостью и повышенным содержанием железа, марганца, фтора. Таким образом, различные примеси в природной воде образуют с ней сложные гомогенные и гетерогенные системы.

Для большей части поверхностных водоемов, используемых в качестве источников водоснабжения, характерны малая минерализация, изменение состава воды под влиянием гидрометеорологических условий и биохимических процессов, сезонные колебания температуры и состава воды. Сезонные колебания в составе воды особенно резко проявляются в увеличении ее мутности и цветности в периоды паводков. В этот же период возрастает бактериальная загрязненность воды.

Сточные воды образуются в результате физиологической, хозяйственной и производственной деятельности человека. В зависимости от происхождения и характера примесей различают бытовые, производственные и дождевые сточные воды.

Основная часть органических загрязнений бытовых сточных вод представлена белками, жирами, углеводами и полупродуктами их разложения. Неорганическую часть загрязнений составляют частицы песка, глины, а также соли, присущие питьевой воде и образующиеся в процессе жизнедеятельности человека (фосфаты, гидрокарбонаты и аммонийные соли). Из общей массы загрязнений на долю органических веществ приходится 45-58 %.

Примеси сточной воды находятся в растворенном, коллоидном и нерастворенном состояниях. Нерастворенные вещества представлены взвешенными в воде частицами разной степени дисперсности, часть которых способна выпадать в осадок. Органические вещества бытовой сточной воды примерно поровну распределяются между растворенной, коллоидной и оседающей фракциями.

Загрязненность сточных вод органическими веществами, которые могут служить источниками питания и энергии для микроорганизмов, оценивают косвенно по величине, называемой биохимической потребностью в кислороде (БПК), В величину БПК входит расход кислорода на окисление биохимически окисляемых растворенных, коллоидных и частично взвешенных примесей,

В поверхностных водах величины БПК5 колеблются от 0,5 до 4,0 мг/л и подвержены сезонным и суточным изменениям. Сезонные колебания в основном зависят от изменения температуры, исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2…3 раза при повышении температуры на 10 °С. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс БПК связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой определенный кислородный оптимум для развития и в целом для физиологической и биохимической активности. Суточные колебания БПК5 также зависят от исходной концентрации растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2,5 мг/л, в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления.

Весьма значительны изменения значений БПК5 в зависимости от степени загрязненности водоемов, Ниже представлены значения БПК5 в водоемах с различной степенью загрязненности.

Степень загрязнения                                      БПК5, мг/лО2

Очень чистые...............................                                         0,5…1,0

Чистые.........................................                                           1,1...1,9

Умеренно загрязненные..............                                         2,0…2,9

Загрязненные...............................                                          3,0…3,9

Грязные........................................                                          4,0…10,0

Очень грязные..............................                                         10,0

Диффузное загрязнение поступает в водную среду через атмосферу, снеговые и ливневые стоки с полей и прочих сельскохозяйственных угодий. Роль атмосферных осадков как источники загрязнения устанавливается измерениями. Так, концентрация многих солей металлов в них (Hg, Ni, Си, Zn, Se, Со и пр.) значительно выше, чем в поверхностных водах, что указывает на влияние индустриальных источников. Отмечено также отрицательное влияние сернокислых выделений, а также выхлопных газов двигателей на окружающую среду. Однако наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение, которое переносится на значительные расстояния. Наряду с перечисленными источниками загрязнения серьезную опасность представляют снеговые и ливневые стоки.

Комплекс загрязнений бытовой сточной воды служит полноценным субстратом для гетеротрофных организмов, так как включает источники углеродного питания (белки, жиры, углеводы), необходимые биогенные элементы (азот и фосфор) и микроэлементы, всегда присутствующие в питьевой воде.

Состав очищенных сточных вод достаточно постоянен и характеризуется эффективностью очистки сточных вод на очистных сооружениях систем водоотведения, В водные объекты поступают очищенные сточные воды, имеющие следующее содержание загрязнений (мг/л): взвешенные вещества – 15; БПК – 15; солевой состав – 200; ХПК – 40. Доочистка очищенных городских сточных вод на сооружениях дает возможность в 2 раза сократить содержание загрязнений. Солевой состав в сточных водах при этом сохраняется.

Сточные воды, образующиеся в результате использования поды в технологических процессах различных производств, называются производственными. Характер загрязнений и концентрация их в производственных сточных водах чрезвычайно разнообразны и зависят как от вида производства, так и от принятого технологического режима. Для очистки многих видов производственных сточных вод применяют биологические методы. Такие сточные воды условно можно разделить на четыре категории.

К первой категории относят сточные воды, которые нагреваются, но не загрязняются.

Ко второй – сточные воды, загрязненные органическими веществами без токсических примесей; в основном это сточные воды предприятий пищевой промышленности.

К третьей – сточные воды, содержащие биохимически окисляемые примеси и токсичные соединения. В некоторых случаях предварительное удаление токсичных соединений создает возможность дальнейшей биологической очистки, которую чаше осуществляют совместно с бытовыми сточными водами. Например, токсичные примеси кожевенных стоков – сульфиды и хром. Из сточных вод кожевенных заводов их выделяют на локальных очистных сооружениях, после чего биологическая очистка идет беспрепятственно. Сточные воды многих отраслей легкой промышленности содержат ПАВ и красители – токсичные для микроорганизмов соединения, которые также удаляют из стоков перед подачей их на биологическую очистку.

Сточные воды многих видов производств (нефтеперерабатывающей промышленности, коксохимической, гидролизной и др.) содержат органические примеси, которые в обычных условиях являются ядами для микроорганизмов. К их числу относятся фенолы, спирты, нефтепродукты, сернистые соединения и т. д. Однако при соответствующей адаптации микроорганизмов и выращивании специфического активного ила биологическая очистка таких сточных вод возможна. Например, на коксохимических заводах и газогенераторных станциях сточные воды, содержащие до 1 г/л фенолов, очищаются с помощью комплекса адаптированных бактерий, способных окислять фенолы.

Четвертую категорию сточных вод представляют некоторые виды стоков, не имеющих органических примесей и загрязненных в основном кислородсодержащими солями. К ним относятся стоки гальванических цехов, обогащенные оксидами шестивалентного хрома; сточные воды некоторых производств азотной промышленности, содержащие нитраты и нитриты; сточные воды, загрязненные окисленными соединениями хлора. Биологическая очистка таких сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать окисленные соединения азота, хрома, хлора в качестве конечных акцепторов водорода мри сопряженном окислении органических веществ бытовых сточных вод или отходов производства.

Для характеристики степени загрязненности производственных сточных вод органическими веществами одной величины БПК недостаточно, так как далеко не все примеси производственных стоков могут окисляться биохимическим путем. Прибегают к определению химической потребности в кислороде (ХПК), Под ХПК понимают количество кислорода, необходимое для окисления органических веществ до диоксида углерода, воды и аммиака.

Важная характеристика производственных сточных вод – отношение БПК к ХПК. Она показывает, какая часть общего содержания органических примесей может быть окислена биохимическим путем. Считается, что биологическая очистка целесообразна, если это отношение больше 0,5, т, е. чем оно выше, тем эффективней очистка. Для бытовых сточных вод отношение БПК/ХПК достаточно постоянно и составляет 0,86; для производственных стоков оно изменяется в широких пределах.

В отличие от бытовых сточных вод многие виды производственных стоков не содержат азота и фосфора или одного из этих, биогенов, поэтому для их биологической очистки требуется добавка биогенных элементов.

На городские очистные станции поступает обычно смесь бытовых и производственных сточных вод, прошедших в случае необходимости локальную очистку на предприятиях. Такие сточные воды называют городскими.

Коллекторно-дренажные воды систем ирригации образуются и результате осуществления мелиоративных и осушительных мероприятий, проводимых для осуществления интенсификации сельского хозяйства. Коллекторно-дренажные воды различны по своему составу. Они содержат в основном примеси органического или минерального происхождения, поступающие вместе с поливочными водами и вымывающиеся из почв и грунтов, сквозь которые они просачиваются. Их характеристика зависит в основном от гидрогеологических условий местности, интенсивности и культуры применения минеральных удобрений и ядохимикатов. Состав коллекторно-дренажных вод характеризуется повышенной минерализацией и сезонными колебаниями, обусловленными графиками полива и внесения удобрений.

Показатели качества природной воды

Состав воды оценивают физическими, химическими и санитарно-биологическими показателями.

К физическим показателям относят температуру, содержание взвешенных веществ, цветность, запахи и привкусы.

Температура воды подземных источников характеризуется постоянством (8 – 12 °С). Температура воды поверхностных источников меняется по сезонам года (0,1 – 30 °С) и зависит от поступления в них подземных вод, а также сбросов использованной воды.

Прозрачность и мутность – показатели наличия в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей и др.).

Цветность воды обусловлена присутствием в воде гумусовых и дубильных веществ, белково- и углеводоподобных соединений, жиров, органических кислот и других органических соединений, входящих в состав живых и растительных организмов, населяющих воду и являющихся продуктами их жизнедеятельности или распада. Окраска воды вызывается также присутствием соединений железа, сточных вод или «цветением» водоемов. При массовом развитии водорослей вода приобретает светло-зеленую, зеленовато-бурую, темно-бурую и изумрудно-зеленую окраску.

Цветность природных вод обусловлена также гумусовыми веществами. При этом нерастворимые гумусовые вещества почвы в природных водах присутствуют лишь во взвешенном состоянии, а в коллоидно- и истинно растворенном состоянии присутствуют фульво- и гуминовые кислоты преимущественно в виде солей щелочных и щелочноземельных металлов. Цветность воды измеряется в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Для питьевой воды она не должна превышать 20°.

Привкусы и запахи природных вод могут быть естественного (присутствие железа, марганца, сероводорода) или искусственного (сброс промышленных стоков) происхождения. Различают четыре основных вкуса воды: соленый, горький, сладкий и кислый. Оттенки вкусовых ощущений, складываемые из основных, называют привкусами. Соленый вкус воды обычно обусловлен присутствием хлорида натрия, горький – сульфата магния; кислый вкус в большинстве случаев объясняется избытком растворенной углекислоты (минеральные воды); железистый привкус придают воде растворенные соли железа; щелочной – поташ, сода, едкие щелочи; вяжущий – сульфат кальция, соли марганца.

К запахам естественного происхождения относят землистый, рыбный, гнилостный, сероводородный, ароматический, болотный, глинистый, тинистый и др. К запахам искусственного происхождения – хлорный, камфорный, аптечный, фенольный, хлорфенольный, запах нефтепродуктов.

Возникновение в поверхностных водоемах запахов естественного происхождения обычно связано с массовым развитием водорослей – диатомовых, синезеленых, хризомонады и т. д. В процессе жизнедеятельности водоросли продуцируют в воду специфические органические вещества. После отмирания они гниют на дне водоема, вызывая различные привкусы и запахи. Многие плесени и лучистые грибки (например, актиномицеты) га к же вызывают привкусы и запахи естественного происхождения, которые являются сложными смесями ароматических углеводородов и кислородсодержащих соединений – кетонов, спиртов, альдегидов, эфиров и др. Эти вещества летучи, хорошо адсорбируются активным углем и разрушаются сильными окислителями.

Интенсивность и характер запахов и привкусов воды в настоящее время определяют органолептически, т. е. с помощью органов чувств по пятибалльной шкале.

Общий сухой прокаленный остаток (мг/л или мг-экв/л) – понятие, позволяющее судить о количестве солей и концентрации примесей, содержащихся в природных водах.

Общий, или плотный, остаток характеризует содержание в ноле в основном примесей неорганического происхождения. Он представляет собой остаток от выпаривания известного объема не фильтрованной воды, который затем высушивают при 110 оC до постоянной массы.

Сухой, или растворенный, остаток характеризует содержание минеральных солей и нелетучих органических соединений. Он получается при выпаривании известного объема определяемой воды, предварительно профильтрованной через бумажный фильтр.

Прокаленный остаток характеризует содержание в испытуемой воде неорганических примесей. Он определяется путем выпаривания известного объема воды, прокаливания полученного остатка при 800 оС и его взвешивании. Различают прокаленный растворенный остаток и прокаленный общий остаток. В первом случае пробу воды перед выпариванием фильтруют через бумажный фильтр, а во втором – нет. Из сказанного очевидно, что прокаленный растворенный остаток характеризует солесодержание воды. При употреблении человеком воды с повышенным содержанием солей наблюдается гиперминерализация организма, что вызывает различные функциональные заболевания.

Величина растворенного остатка лимитируется для воды, используемой при производстве кино- и фотопленки, капрона, капролактана, каучука, а также для питательной воды паровых котлов. Так, для котлов высокого давления необходима вода, значение растворенного остатка которой близко нулю.

Химический состав воды характеризуется ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостью, активной концентрацией водородных ионов (рН), сухим остатком, общим солесодержанием, содержанием растворенного кислорода, свободной углекислоты, сероводорода, активного хлора.

Солесодержание воды оценивают по сухому остатку, мг/л: ультрапресные – до 100; пресные – 100…1000; слабосоленые – 1000…3000; соленые – 3000... 10 000; сильносоленые – 10 000...50 000; рассолы – 50 000...300 000; ультрарассолы – более 300000.

О качестве природной воды судят на основе ее полного анализа. Проверка правильности определения солевого состава может быть произведена по равенству суммы главных катионов сумме доминирующих анионов, выраженных в мг/л и пересчитанных в мг-экв/л согласно уравнению:

Расхождение между левой и правой частями выражения не должно превышать 5 %.

Хлориды и сульфаты (мг/л или мг-экв/л) благодаря своей высокой растворимости присутствуют во всех природных водах обычно в виде натриевых, кальциевых и магниевых солей. Растворимость поваренной соли составляет 360 г/л, а хлористого магния – 545 г/л. В природных водах может быть от 60 до 100 мг/л сульфат-ионов. При отсутствии в воде кислорода сульфат-ионы под действием сульфатредуцирующих бактерий восстанавливаются до сероводорода.

Щелочность воды (мг-экв/л) определяется суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот – угольной, органических. Различают бикарбонатную, карбонатную и гидратную щелочность, а их сумма определяет общую щелочность воды. Щелочные металлы (мг/л) в природных водах обычно представлены ионами калия и натрия с преобладанием последнего.

Жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Жесткость воды выражают в мг-экв/л (1 мг экв/л жесткости, или 12,16 мг/л ионов магния). За рубежом жесткость поды измеряют различными градусами жесткости: один немецкий градус составляет 10 мг/л СаО; английский – 10 мг СаСО3 в 0,7 л воды; французский – 10 мг/л СаСО3; американский – 1 мг/л СаСОз . Различают карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды. Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде карбонатных и бикарбонатных солей кальция и магния. При кипячении воды она легко устраняется, так как бикарбонаты распадаются с образованием углекислоты и декантацией карбоната кальция и гидроксида магния. Некарбонатная жесткость обусловлена кальциевыми и магниевыми солями серной, соляной, кремниевой и азотной кислот. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости определяет общую жесткость воды.

Железо и марганец присутствуют в природных водах в формах, зависящих от величины рН и окислительно-восстановительного потенциала. Так, железо может находиться в формах двух- и трехвалентных ионов, органических и неорганических коллоидов, комплексных соединений, тонкодисперсной взвеси, сульфида железа, гидроксидов железа. В подземных водах при отсутствии кислорода железо и марганец встречаются обычно в форме двухвалентных солей. В поверхностных водах железо и марганец встречаются в форме органических комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсных взвесей. Обычно содержание железа и марганца в природных водах не превышает нескольких десятков мг/л, а в шахтных водах достигает нескольких сот мг/л и более. Длительное употребление человеком воды с повышенным содержанием железа может привести к заболеванию печени (гемосидерит), такая вода неприятна на вкус, причиняет неудобства и быту. Поэтому содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л, а марганца – 0,1 мг/л.

Активная реакция воды является показателем ее щелочности или кислотности, количественно характеризуется концентрацией водородных ионов. Молекулы воды диссоциируют на ионы водорода и гидроксила: Н2О → Н+ + ОН-

Константа равновесия К для этой реакции определяется уравнением

/ = К

Произведение концентраций ионов водорода и гидроксида в водном растворе К – величина постоянная для любого водного раствора при данной температуре. При комнатной температуре можно принять К = 10-14. Тогда в нейтральном растворе концентрации водородных и гидроксильных ионов равны, т.е. |Н+] = = 10-7 г ионов/л.

По концентрации водородных ионов можно заключить о кислотности или щелочности воды, т. е. при (Н+) > I0-7 растворы имеют кислую реакцию, а при < 10-7 – щелочную.

На практике активную реакцию воды выражают водородным показателем рН, являющимся отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов, т. е. рН = – lg,

Для нейтральной воды рН = 7, для кислой – меньше 7 и для щелочей – больше 7. Природные воды по величине рН можно классифицировать на кислые рН = 1...3, слабокислые рН = 4...6, нейтральные рН = 7; слабощелочные рН = 8...10, щелочные рН = 11...14. Активная реакция природных вод обычно варьирует в пределах 6,5...8,5, что соответствует лимитам питьевой воды.

Окисляемость воды (т. е. количество кислорода в мг/л, эквивалентное расходу окислителя, необходимого для окисления примесей в данном объеме) обусловливается присутствием органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических примесей, В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную и бихроматную окисляемость. При этом окисляемость в 1 мгО/л соответствует окисляемости 0,253 мг/л КМnО4.

Резкое повышение окисляемости воды свидетельствует о ее загрязнении органическими примесями. По величине окисляемости природной воды можно судить о ее гигиенической характеристике. Для питьевой воды окисляемость не лимитируется. Она ограничивается для питательной воды котлов, вызывая ее вспенивание; охлаждающей воды, из-за возможного биообрастания труб и аппаратуры; воды, используемой при изготовлении синтетических волокон и пластмасс и т. п.

Азотсодержащие вещества (ионы аммония, нитритные и нитратные) образуются в воде в результате восстановления нитритов и нитратов железа сероводородом, гумусовыми веществами и т, д. либо в результате разложения белковых соединений, вносимых в водоем со сточными водами. В последнем случае вода ненадежна в санитарном отношении. В артезианских водах содержание нитритов достигает десятых долей мг/л, а в поверхностных – до тысячных долей мг/л. Формы азотсодержащих соединений, присутствующих в воде, позволяют судить о времени внесения в водоем сточных вод. Например, присутствие ионов аммония и отсутствие нитритов свидетельствуют о недавнем загрязнении воды.

Кремний присутствует в природных водах в форме органических и минеральных соединений. В воде поверхностных источников содержится от десятых долей до нескольких мг/л кремния, а в подземных водах оно достигает десятков мг/л.

Соединения фосфора встречаются в природных водах в виде суспендированных частиц минерального и органического происхождения, ионов ортофосфорной кислоты для сложного органического комплекса. В природных водах соединения фосфора присутствуют в малых количествах, но существенно влияют на водную растительность. Содержание соединений фосфора в питьевой воде не регламентировано.

Фтор в природных водах содержится до 18 мг/л и более. Однако подавляющее большинство источников централизованного водоснабжения в нашей стране характеризуется содержанием фтор-иона до 0,5 мг/л. Фтор является активным в биологическом отношении микроэлементом, количество которого в питьевой воде во избежание кариеса или флюороза должно быть в пределах 0,7…1,5 мг/л.

Йод в природных водах присутствует в ничтожных количествах и является очень важным биологическим микроэлементом, содержание которого в питьевой воде во избежание эндемического зоба не должно быть менее 10-8 мг/л.

Токсические вещества – мышьяк, стронций, бериллий и др., а также радиоактивные вещества – уран, радий обычно попадают в водоемы со сбросом сточных вод.

Растворенные в воде газы – кислород, углекислоты, сероводород, метан и азот оказывают существенное влияние на качество воды. Так, углекислота, сероводород, кислород придают воде при определенных условиях коррозионные свойства по отношению к металлам и бетонам.

Сероводород в природных водах встречается органического (продукт распада органических соединений) и неорганического (растворение минеральных солей – серного колчедана, гипса и др.) происхождения. Сероводород в природных слоях поверхностных вод бывает в незначительных количествах. В подземных водах его количество достигает нескольких десятков мг/л. Присутствие сероводорода в воде придает ей неприятный запах, способствует коррозии металла и может вызвать зарастание трубопроводов в результате интенсивного развития серобактерий.

Кислород попадает в воду при контакте с воздухом. Его содержание зависит от температуры и давления. В артезианских водах кислород не встречается, а в поверхностных концентрации его довольно велики. В поверхностных водах содержание кислорода уменьшается при наличии организмов брожения, гниения органических остатков и т. п. Резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение.

Азот в природные воды проникает из воздуха при разложении органических остатков, а также при восстановлении соединений азота динитрофицирующими бактериями. Образующийся в воде в процессе гниения растений аммиак существенно влияет на технологию хлорирования воды.

Метан присутствует в природных водах, используемых для водоснабжения, как правило, в незначительных количествах. Однако в болотных водах, где протекают процессы разложения клетчатки растительных остатков, а также в подземных водах газонефтеносных районов содержание метана доходит до 30 мг/л и более.

Гидробионты, населяющие природные воды, в процессе жизнедеятельности влияют не только на состав окружающей водной среды, но и на качество воды.

На процессы формирования и самоочищения воды гидротация оказывает значительное влияние, так как многие ее представители используют растворенные органические вещества, некоторые животные-фильтраторы питаются бактериями, водорослями и т. п.

Санитарно-бактериологическим показателем качества воды являются коли-титр или коли-индекс, а также общее число содержащихся в воде бактерий. Бактерии и вирусы из числа патогенных, т. е. паразитов, живущих на живом субстрате, развивающихся в воде, могут вызвать заболевания брюшным гифом, дизентерией, бруцеллезом, инфекционным гепатитом, острым гастроэнтеритом, сибирской язвой, холерой, полиомиелитом, туляремией, конъюнктивитом и т. д.

Бациллы в неблагоприятных жизненных условиях образуют споры, которые могут сохраняться в жизнеспособном состоянии в течение сотен лет. При попадании в благоприятные условия споры прорастают и бактерии начинают вновь размножаться.

Вирусы – мельчайшие живые существа размером 16…30 мкм, видимые только под электронным микроскопом. В отличие от бактерий они не имеют клетчатой структуры и состоят из нуклеиновой кислоты, покрытой белковой оболочкой, имеют шаро- и кубообразную форму или форму прямых и изогнутых палочек. Вирусы являются внутриклеточными паразитами. Среди них встречаются бактериофаги, паразитирующие в клетках бактерий и вызывающие их разрушение и гибель.

Вирусы не размножаются на искусственных питательных средах. На холоде фильтрующиеся вирусы сохраняют свою активность на протяжении многих лет. При высушивании они приобретают стойкость к повышенным температурам.

Между микробами водоемов существуют взаимоотношения симбиотического, нейтрального и антагонистического характера. Антагонисты бактерий – различные грибки, выделяющие антибиотики (пенициллин, стрептомицин и др.), летально действуют на микробы, что способствует самоочищению водоемов.

Для каждого вида микробов существует оптимальное значение рН среды, отклонение от которой вызывает коагуляцию коллоидов протоплазмы и нарушает каталитическую функцию ферментов клетки. Для многих бактерий оптимальным является рН воды 7,0, для нитритных бактерий – 4,7...8,8, нитратных – 6,5...9,3, серобактерий – 1,0...4,0, кишечной палочки – 4,4...7,8. Солнечный свет и ультрафиолетовые лучи оказывают летальное действие на микробы.

В связи с тем что при биологическом анализе воды определение патогенных бактерий затруднено, бактериологические определения сводятся к нахождению общего числа бактерий в 1 мл воды, растущих при 37 °С, и кишечной палочки – бактерии коли. Наличие последней имеет индикаторные функции, т. е. свидетельствует о загрязнении воды выделениями людей и животных и т. п. Минимальный объем испытуемой воды (мл), приходящийся на одну кишечную палочку, называют коли-титром, а количество кишечных палочек в 1 л воды – коли-индексом.