Материал: 3375

26

роорганизмы или тепло, называется источником загрязнения, а вещество, вызывающее нарушение норм качества воды – загрязняющим веществом.

Источники загрязнения водоемов многочисленны и разнообразны, но общим для них являются способы проникновения в конкретную систему:

прямой сброс сточных вод в систему;

утечка или просачивание с последующим переносом;

перенос речным потоком;

взаимодействие и перенос на поверхности разделов воздух-вода и вода - осадок.

По своему происхождению загрязнения подразделяются на минеральные, органические и бактериальные. К минеральным загрязнителям относят песок, глину, землю, минеральные соли, кислоты, щелочи, ионы металлов. В состав органических загрязнителей входят вещества растительного (остатки целлюлозы, бумаги, кора древесины, растительные масла, лигнин, сахара) и животного (белки, аминокислоты) происхождения, а также различные органические соединения синтетического происхождения (предельные

инепредельные алифатические и ароматические углеводороды, спирты, органические кислоты, жиры). К бактериальным загрязнителям относятся живые микроорганизмы, в том числе патогенные, возбудители инфекционных заболеваний.

По фазово-дисперсному состоянию все загрязняющие вещества, образующие с водой гетерогенные или гомогенные системы, подразделяются на четыре группы.

Гетерогенные системы. К первой группе относятся грубодисперсные примеси (размер частиц 10-5-10-3 см), образующие с водой суспензии или эмульсии, а также планктон и патогенная флора. Попадают такие вещества в водоемы при размывании пород, смыва почв и антропогенным путем со сточными водами промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятий (нефтепродукты, эмульсии минеральных масел и др.). С течением времени в таких системах происходит седиментация – оседание взве-

шенных веществ.

Примеси второй группы имеют частицы размером 10-6-10-7 см и представляют собой гидрофильные коллоидные частицы почв, грунтов, гуминовые и фульвокислоты, которые вымываются водой из лесных, торфянистых

иболотистых почв, высокомолекулярные вещества природного и техногенного происхождения. Такие системы характеризуются кинетической и агрегативной устойчивостью.

Гомогенные системы. К третьей группе относятся растворенные в воде

газы, органические и слабодиссоциированные минеральные вещества, размер которых составляет 10-7-10-6 см.

Четвертую группу примесей составляют вещества, диссоциирующие в воде на ионы с размером частиц < 10-7 см (сильные электролиты - соли, кислоты, основания).

27

Наиболее распространенными загрязнениями поверхностных вод являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, ионы тяжелых металлов, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), пестициды, радиоактивные вещества. Основными источниками загрязнения являются промышленное и сельскохозяйственное производство, коммунальное хозяйство.

Промышленное производство. Наиболее интенсивно загрязняют поверхностные воды такие отрасли промышленности, как металлургическая, химическая, целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая. Сточные воды этих отраслей содержат цветные металлы, фенолы, нефтепродукты, другие сложные химические соединения. Наблюдения, выполненные за последнее десятилетие XX в., показали, что поверхностные воды России загрязнены нефтепродуктами в 80 % случаев наблюдений, фенолами – в 60 %, тяжелыми металлами – в 40 % наблюдений.

Со сточными водами химических предприятий в водоемы поступает большое количество самых разнообразных по составу и свойствам химических соединений. Среди них: минеральные соли, кислоты и основания; соединения кадмия, цинка и других тяжелых металлов, содержащиеся в сточных водах люминофорных производств; спирты, органические кислоты, фенолы и их галогенсодержащие соединения, которые попадают в водные объекты со сбросами предприятий по производству клеев, пластических масс и т.п.

Особое место среди загрязняющих веществ занимают синтетические моющие средства – детергенты, используемые как в промышленности, так и

вбыту.

Всточных водах предприятий гидролизной промышленности загрязняющими веществами являются спирты и фурфурол, последрожжевая бражка, сивушные масла, эфирно-альдегидные и скипидарные вещества, различные органические кислоты.

Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности сбрасывают в поверхностные водоемы сточные воды, содержащие целлюлозное волокно и растворенные органические вещества: углеводы, жиры, смолы. При сульфатном производстве целлюлозы сточные воды загрязнены дурнопахнущи-

ми веществами: тиоспирты (меркаптаны – CH3SH) и тиоэфиры (диметилсульфид - CH3-S-CH3).

Предприятия по производству стали и проката меди, цинка, алюминия, никеля, свинца, гальванические производства (меднение, хромирование, цинкование, никелирование, кадмирование) загрязняют природные воды ионами тяжелых металлов, которые проявляют высокую токсичность и способны накапливаться в тканях рыб и водной растительности.

Одним из видов промышленного загрязнения является тепловое загрязнение, обусловленное сбросом промышленными предприятиями, электростанциями (ТЭС, АЭС) нагретых сточных вод. Повышение температуры

28

воды водоема приводит к уменьшению содержания растворенного кислорода, увеличению токсичности загрязняющих воду примесей, нарушению биологического равновесия, смене видового состава водных организмов, наблюдается бурное развитие болезнетворных микроорганизмов.

Значительным источником загрязнения природных вод стало сельское хозяйство. Химизация сельскохозяйственного производства является причиной повышения содержания в поверхностных водах токсичных веществ в связи с вымыванием пестицидов с полей.

Смываемые с полей в водные объекты минеральные удобрения, содержащие биогенные вещества, стимулируют процессы эвтрофирования водоемов (развитие в них фитопланктона и водорослей, что приводит к цветению воды в водоеме). При отмирании водорослей протекают процессы микробиального оксиления органического вещества, на которые потребляется значительное количество кислорода и тем самым в водоеме создаются условия для развития анаэробных микроорганизмов. Процессы анаэробного окисления приводят к образованию в воде водоема NH3, CH4, H2S.

С территорий животноводческих ферм и комплексов происходит вынос и смыв в водоемы различных отходов органического происхождения. Постоянно растущая механизация сельского хозяйства вызывает загрязнение поверхностных вод нефтепродуктами.

Коммунальные (хозяйственно-бытовые) сточные воды составляют примерно 20 % от всего объема стоков, поступающих в поверхностные водоемы. К ним относятся фекальные стоки, сточные воды бытовых помещений промышленных предприятий, больниц, образовательных учреждений, жилых и общественных зданий, ливневые стоки и т.п.

Количество загрязняющих веществ в хозяйственно-бытовых сточных водах относительно стабильно. Основными загрязняющими веществами, попадающими в водоемы с коммунальными стоками, являются взвешенные вещества, азотсодержащие (NH4+, NO2-, NO3-), фосфорсодержащие (P2O5), СПАВ, хлориды и органические вещества, бактериальные загрязнения.

К числу источников загрязнения природных вод относятся шахтные воды, лесосплав, водный транспорт. При сплаве леса плывущие бревна наносят ранения рыбе, преграждают путь к нерестилищам. Экстрагированные из древесины вещества разлагаются в воде, вызывая гибель рыб от недостатка кислорода. В результате сброса в реки отходов лесозаводов (опилки, кора и др.) происходит отравление воды вследствие гниения древесины.

Водный транспорт загрязняет водоемы нефтепродуктами, бытовыми стоками и мусором.

Годовой объем промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных сточных вод в мире достиг примерно 2,5 тыс. км3 или 6,7 % естественного речного стока на планете. В России со сточными водами ежегодно сбрасывается в водоемы примерно, тыс. т: 1200 взвешенных веществ, 190

29

аммонийного азота, 50 железа, 58 фосфора, 30 нефтепродуктов, 11 СПАВ, 2,1 цинка, 0,8 меди, 0,3 фенола и т.д.

Поверхностные воды в наибольшей степени подвержены загрязнению, и в то же время они являются почти единственными источниками питьевого водоснабжения. Поэтому к ним применяются в самой жесткой форме все меры охраны их от истощения и загрязнения.

3.2Химические показатели качества воды

В России действует система санитарно-гигиенического нормирования допустимого уровня загрязнения воды, основанная на установлении пре- дельно-допустимых концентраций (ПДК). Согласно ГОСТ 17.1.1.01-77 "Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения" и действующим "Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами" нормативные требования предъявляются к качеству воды водоемов в зависимости от вида водопользования по физическим, химическим, бактериологическим и гидробиологическим показателям.

К химическим показателям качества воды относятся следующие: активная реакция воды (рН), содержание растворенных газов, соединения железа, хлоридов, сульфатов, солей, обусловливающих жесткость, азотсодержащих соединений, окисляемость.

3.2.1 Активная реакция воды

Активная реакция воды, т.е. степень ее кислотности или щелочности, характеризуется количественно концентрацией водородных ионов.

При диссоциации воды образуются ионы водорода и гидроксила:

H2O H + + OH − -

= [H + ][OH − ]

Константа диссоциации воды: Kд [H2O] .

Так как концентрация недиссоциированных молекул воды величина постоянная, то ее можно ввести в константу:

Kд [H2O] = Kw = [H + ][OH − ] ,

т.е. произведение концентраций ионов водорода и гидроксила является постоянной величиной при постоянной температуре и обозначается Kw . Экс-

периментально установлено, что при температуре 24 0С Kw = 10-14 г-ион/л.

Так как в нейтральном растворе концентрация водородных ионов равняется концентрации гидроксильных ионов, то [H+] =[OH-] = 10-7 г-ион/л.

При [Н+] > 10-7 растворы имеют кислую реакцию, при [Н+] < 10-7 – щелочную реакцию.

30

Концентрацию водородных ионов принято выражать с помощью водородного показателя рН, представляющего собой десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком:

рН = - lg [Н+].

Величина рН нейтральных растворов равна 7, кислых - меньше 7 и щелочных - больше 7. Активная реакция большинства природных вод близка к нейтральной (рН = 6,8 … 7,3).

Постоянство рН природных вод обеспечивается присутствующей в них буферной системой, состоящей из растворенной в воде угольной кислоты и гидрокарбонатов (НСО3- и Н2СО3). Эта буферная система образуется благодаря реакциям диссоциации угольной кислоты и гидрокарбоната кальция, всегда имеющихся в природных водах:

H2CO3 H + + HCO3−

Ca(HCO3 )2 Ca2+ + 2HCO3−

Концентрация водородных ионов такой системы мало изменяется при разбавлении, так как рН определяется не концентрацией кислоты и ее соли, а отношением этих концентраций:

Если добавить небольшое количество щелочи в воду, рН воды также мало изменится, поскольку в этом случае часть ионов водорода, образовавшихся при диссоциации угольной кислоты, связывается в малодиссоциированные молекулы воды, что вызывает диссоциацию новых молекул кислоты и восстановление первоначальной концентрации ионов Н+.

При прибавлении к воде кислоты избыточные ионы водорода связываются ионами НСО3- в малодиссоциированные молекулы угольной кислоты, и концентрация ионов Н+ остается неизменной.

Емкость углекислотной буферной смеси в природной воде не особенно велика, но все же дает возможность сохранить рН воды почти неизменным при различных процессах ее обработки: хлорирование, коагуляция, известкование и т.д.

Постоянство рН природных вод имеет большое значение для нормального протекания в воде различных биологических и физико-химических процессов, а также для использования ее в быту и промышленности. По величине pH природные воды разделяют на слабокислые с рН = 6 6,5; сла-

бощелочные с рН = 8 9; сильнокислые с рН < 6; сильнощелочные с рН > 9 и неагрессивные (нейтральные) с рН ≈7.

Изменение рН воды свидетельствует о загрязнении ее продуктами распада органических соединений, стоками химических предприятий и другими веществами. В воде рН определяют потенциометрическим методом с помощью рН-метра со стеклянным электродом и вспомогательным хлорсеребряным электродом. Если нельзя применить рН-метр, например, в поле-