Курс лекций: Основные составляющие безопасности жизнедеятельности

Присутствие в природных водах органических соединений обусловливает цветность, запах и привкус воды, изменение физических показателей по прозрачности, преломлению света, снижению поверхностного натяжения, изменению способности растворять кислород.

Это дало основание акад. Л.А. Кульскому предложить классификацию примесей воды по их фазово-дисперсному состоянию.

Сущность классификации заключается в том, что все примеси воды по их отношению к дисперсионной среде объединены в четыре группы с общей для них физико-химической характеристикой. Примеси первых двух групп образуют термодинамически неустойчивые гетерогенные системы, а примеси двух других групп термодинамически равновесные и обратимые гомогенные системы. Связь между техникой очистки воды и принадлежностью удаляемых примесей и загрязнений к той или иной группе классификации определяется общими закономерностями, которым подчиняются процессы, происходящие в водной среде в зависимости от физико-химической характеристики этих примесей.

Примеси первой группы, к которым относятся грубодисперсные вещества, образующие с водой суспензии, эмульсии, пены, а также планктон и патогенные бактерии кинетически неустойчивы, удерживаются во взвешенном состоянии динамическими силами потока. Попадают такие вещества в водоемы в результате размыва пород, смыва почв, со сточными водами. Наиболее часто эти примеси представлены частицами глины, песка, почвы, ила, а также эмульсиями минеральных масел, нефтепродуктами и т.п. На поверхности частиц сорбируются патогенные бактерии, вирусы и т.п. В состоянии покоя для таких систем характерно осаждение (седиментация) частиц или всплытие в зависимости от их плотности. Примеси группы 1 эффективно удаляются под действием сил гравитации, сил прилипания (адгезии).

Табл. 13.1. Классификация примесей воды

Примеси второй группы представляют собой коллоидные растворы, состоящие из гуминовых и фульвокислот, высокомолекулярных соединений естественного происхождения и попадающих со сточными водами, вирусы и другие микроорганизмы коллоидной степени дисперсности.

Примеси второй группы образуют с водой кинетически и агрегативно устойчивые системы. Кинетически устойчивость данных примесей характеризуется соотношением сил гравитационного поля и броуновского движения, примеси практически не оседают, время седиментации измеряется годами. Эти примеси удаляются в результате коагуляции, сорбции, воздействия окислителей.

Примеси третьей группы растворенные газы, органические соединения биологического происхождения, соединения в производственных и бытовых стоках. Это, как правило, неэлектролиты или слабые электролиты: фенолы, его производные, амины, нитросоединения.

Молекулы примесей третьей группы могут существенно изменять структуру воды и взаимодействовать и с ней, и друг с другом. В первом случае происходит гидратация молекул, во втором ассоциация. Исключая случай образования химических соединений, эти взаимодействия в основном обусловлены силами Ван-дер-Ваальса.

Молекулярно-растворенные вещества способны за счет водородных связей образовывать с водой непрочные соединения, существующие лишь в растворе. Большое значение имеют эти связи при ассоциации молекул растворенного вещества, необходимым условием возникновения таких связей является достаточная полярность валентных связей водорода в исходных веществах.

Примеси четвертой группы образуются в результате диссоциации в воде солей, кислот, оснований. Примеси этой группы удаляются из воды в результате образования малорастворимых или малодиссоциированных соединений.

Природные воды отличаются от водных растворов минеральных и органических веществ присутствием сложных сообществ живых организмов и концентрацией химически активных частиц и соединений. С участием этих организмов и частиц осуществляется синтез и разрушение органических веществ, преобразование их форм и миграция химических элементов.

Водоем как водный источник связан с окружающей его природной средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного и подземного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственна и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых не свойственных ей веществ загрязнителей, ухудшающих качество воды. При этом возможно химическое, физическое и биологическое загрязнение воды и водоемов.

Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической, так и органической природы.

Физическое загрязнение связано с изменением параметров водной среды и определяется тепловыми, механическими, радиоактивными примесями.

Биологическое загрязнение заключается в изменении свойств воды в результате увеличения количества не свойственных ей видов микроорганизмов, растений и животных, привнесенных извне.

Основными неорганическими загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды.

Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в таблице 13.2.

Табл. 13.2. Степень токсичности ряда загрязняющих веществ

Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным загрязнителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания. Они обусловливают широкий диапазон рН водной среды промышленных стоков (1,0-11,0) и способны изменять рН водной среды ниже 5,0 и выше 8,0, тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0-8,5.

Нормирование качества воды рек, озер и водохранилищ проводят в соответствии с "Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения" (1988 г). Эти правила устанавливают две категории водоемов (или их участков):

водоемы питьевого и культурно-бытового назначения;

водоемы рыбо-хозяйственного назначения.

Состав и свойства воды водных объектов первого типа должны соответствовать нормам в створах, расположенных в водотоках на расстоянии 1 км выше ближайшего по течению, а в не проточных водоемах в радиусе одного километра от пункта водопользования. Состав и свойства воды в рыбохозяйственных водоемах должен соответствовать нормам в месте выпуска сточных вод при рассеивающем выпуске (наличие течений), а при отсутствии рассеивающего выпуска не далее, чем в 500 м от места выпуска.

Нормируемые значения параметров воды водоемов:

Содержание плавающих примесей и взвешенных веществ;

Запах, привкус, окраска и температура воды;

Значение рН, состав и концентрация минеральных примесей и растворенного кислорода;

Биохимическая потребность в кислороде;

Возбудители заболеваний, концентрация и состав ядовитых и вредных веществ.

Вредные и ядовитые вещества нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие каждого вещества.

При нормировании качества воды в водоемах питьевого и культурно-бытового назначения используют три вида ЛПВ:

санитарно-токсикологический;

общесанитарный;

органолептический.

Для водоемов рыбохозяйственного назначения наряду с указанными используют еще два вида ЛПВ:

токсикологический;

рыбохозяйственный.

Санитарное состояние водоема отвечает требованиям норм при выполнении соотношения:

,

где концентрация вещества i-ro ЛПВ в расчетном створе водоема, мг/л,

ПДКi предельно допустимая концентрация i-ro вещества, мг/л.

Для водоемов питьевого и культурно-бытового назначения проверяют выполнение трех, а для водоемов рыбохозяйственного назначения пяти неравенств. При этом каждое вещество можно учитывать только в одном неравенстве. "Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения" запрещают:

сбрасывать в водоемы сточные воды, если этого можно избежать (используя рациональную технологию, безводные процессы и системы повторного и оборонного водоснабжения);

если сточные воды содержат ценные отходы, которые можно утилизировать;

если сточные воды содержат сырье, реагенты и продукцию предприятий в количествах, превышающих технологические потери;

если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК.

Контроль требований к нормируемым показателям качества воды в водоемах осуществляется периодическим отбором и анализом проб воды из поверхностных водоемов. Согласно ГОСТ 2874-82 анализ проб из поверхностных вод источников водоснабжения отбирают не реже 1 раза в месяц.

Количество проб и места их отбора определяют в соответствии с гидрологическими и санитарными характеристиками водоема и согласовывают с местными органами санитарно-эпидемиологической службы (СЭС). При этом считается обязательным отбор непосредственно в месте водозабора и на расстоянии 1 км выше по течению рек и каналов, а для озер и водохранилищ на расстоянии 1 км от водозабора в 2-х диаметрально расположенных точках.

В настоящее время наряду с анализом проб воды в лабораториях используют автоматические станции контроля качества воды, которые могут одновременно измерять 8-10 показателей качества воды: концентрацию растворенного кислорода, электрическую проводимость, рН, температуру, уровень воды в водоеме, концентрацию взвешенных веществ, концентрацию меди и т.д.

На очистных сооружениях машиностроительных предприятий осуществляют контроль состава исходных и очищенных сточных вод, а также контроль эффективности работы очистных сооружений.

Контроль состава исходных и очищенных сточных вод осуществляют один раз в 10 дней. Анализ следует проводить не позднее, чем через 12 часов после отбора пробы. Контроль состава сточных вод заключается в измерении:

органолептических показателей воды (запах, цвет, мутность );

содержания грубодисперсных взвешенных веществ (массовая концентрация и фракционный состав);

химического потребления кислорода (ХПК);

количества растворенного в воде кислорода;

биохимического потребления кислорода (ВПК);

концентрации вредных веществ, для которых существуют нормируемые значения ПДК;

рН среды.

Под ХПК понимается величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Выражается ХПК количеством кислорода, необходимого для окисления всех содержащихся в воде восстановителей. На практике окисление пробы сточной воды проводят бихроматом калия в серной кислоте по специальной методике.

Содержание растворенного кислорода измеряют после заключительного процесса очистки непосредственно перед сбросом воды в водоемы. Это необходимо знать для оценки коррозионных свойств воды, а также для вычисления БПК. Концентрацию растворенного в воде кислорода определяют, либо используя иодометрический метод Винклера, либо отечественные ЭГ-152-03, АКП-100,1, "Оксиметр". Под БПК подразумевается количество кислорода (в миллиграммах), необходимое для окисления в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов органических веществ, содержащихся в 1л сточной воды. Определение БПК производят на основе анализа изменения количества растворенного кислорода с течением времени. На практике обычно используют пятисуточное БПК - БПК5.