Определение степени загрязнения воды: прямые и косвенные показатели

Состав воды влияет на состояние подводной флоры и фауны, воздействует на скорость разложения органических соединений. Загрязнение водных ресурсов – изменение химического состава воды, которое приводит к изменению её качества, влияет на пригодность для применения в сельскохозяйственных целях. Степень загрязнения воды определяют для оценки состояния водоёмов и выявления потенциальной угрозы.

Зачем определять степень загрязнения воды?

Экологическое загрязнение приобретает глобальный характер. Происходит сокращение питьевых источников. Промышленные предприятия сбрасывают значительное количество химикатов в окружающую среду, часть веществ проникает в озёра и реки. Проблемой экологии является загрязнение подземных водоёмов – главного источника воды, пригодной для употребления. Определение состава водных источников требуется для оценки качества и соответствия питьевой воды установленным нормам.

В странах Африки, Южной Америки и Азии заражение питьевой воды представляет собой потенциальную опасность. Заражение водоёмов – причина возникновения эпидемиологической угрозы. При вспышках заболеваемости требуется анализ водных источников. Определение степени биологического загрязнения воды позволяет предотвратить распространение инфекции.

Анализ проб проводится для определения пригодности водного резервуара для орошения. Благодаря анализу определяются меры, необходимые для очистки стоков. Также исследование водоёмов требуется для выявления степени воздействия промышленных предприятий на окружающую среду.

Как определить степень загрязнения?

Для определения химического состава водного источника и выявления отклонений от нормы проводятся опыты, показывающие степень загрязнения воды и помогающие найти решение для её очистки. Вода забирается на пробу и исследуется в лабораторных условиях. Степень загрязнения выявляется по ряду показателей:

• цвет;
• окисляемость;
• наличие кишечной палочки;
• присутствие тяжелых металлов и иных веществ, опасных для здоровья;
• количество микроорганизмов, попадание патогенных бактерий;
• степень мутности;
• запах и т.д.

Ряд растений является биоиндикатором загрязнения воды. Присутствие в водном источнике ряски свидетельствует о чистоте воды.

Какие виды загрязнений исследуют и где это делать?

Водоёмы исследуются на количество органических и химических веществ. Регулярные исследования поверхностных вод требуется проводить в зоне сельскохозяйственной деятельности, вблизи заводов и городов. Выделяют прямые и косвенные показатели загрязнённости водного источника. Обнаружение показателей кишечной палочки свидетельствует о фекальном загрязнении воды.

Косвенные показатели биогенного загрязнения воды:

• скорость окислительных процессов;
• изменение степени минерализации;
• количество солей;
• БПК.

Для комплексного изучения состояния источника проводятся исследования индекса загрязнённости воды (УКИЗВ), который позволяет отследить динамику изменений качества водоёма.

Показатели загрязнения воды органическими веществами

Показатели органического загрязнения воды выявляют прямые признаки заражения источника и косвенные. Прямые биологические показатели отражают количество микроорганизмов и паразитов, общее микробное число. Определение фекального загрязнения воды по коли-индексу также относится к способам выявления прямых признаков биогенной загрязнённости.

Фекальное загрязнение характерно для водоёмов, расположенных вблизи сельскохозяйственных угодий. Признаки фекальной загрязнённости – изменения окисляемости, повышение концентрации аммонийного азота и др. Повышенный уровень аммонийного азота является показателем свежего фекального загрязнения, которое представляет собой эпидемиологическую угрозу.

Показатели загрязнённости воды

Показатели загрязнённости водоёма помогают определить природу загрязнения и найти пути для решения проблемы очистки воды. Существуют различные типы показателей:

1. Бактериологические (выявляют фекальное загрязнение);
2. Химические (ВПК, ХПК, скорость окисления);
3. Физические (pH, запах, цветность).

Уровни веществ в воде зависят от типа источника, сезона и времени суток. Для определения степени и причины загрязнения исследуется pH, содержание растворённого кислорода, присутствие взвешенных веществ, окисляемость. Загрязнённым считается водоём, количество химических и органических соединений в котором превышает предельно допустимые нормы

Удельный комбинаторный индекс загрязнённости воды

Загрязнения водоёмов делятся по классам опасности. Для определения класса проводится расчёт удельного комбинаторного индекса загрязнённости воды (УКИЗВ). Индекс чистого источника – 0. Существует 16 классов, которые определяются степенью превышения критических показателей загрязнённости воды. Высокий номер класса свидетельствует о значительной степени загрязнения источника.

УКИЗВ отражает общее количество загрязняющих веществ, их соотношение и динамику изменения показателей в разные годы. Данная методика является наиболее точной при оценке состояния качества водоёма.

ПДК загрязнённости природных вод

ПДК – предельно допустимая концентрация отравляющих химических веществ в воде, утверждённая на законодательном уровне в 2005 году. Установлены различные нормы ПДК для каждого типа природных объектов (водоёмы, воздух, почва и т.д.). Физические показатели (запах, цвет, привкус) оцениваются по балльной шкале. В таблице приведены значении ПДК для определения загрязнённости вод:

Индекс загрязнённости воды

Индекс загрязнения водоёмов (ИЗВ) используется для контроля динамики состава воды. ИЗВ помогает сравнивать состояние водных ресурсов в различные временные промежутки, анализировать динамику химического состава в зависимости от территории, на которой расположен объект.

Используется для солёных и пресных вод. Действующие нормы ИЗВ утверждены в 1988 году. Широко применялся до 2004 года. На основании ИЗВ определяется комплексное состояние источника и отслеживаются происходящие изменения состава. Недостаток – отсутствие биологических показателей для выявления фекального загрязнения воды. Более точный индекс, применяемый в России – УКИЗВ.

Биохимическое потребление кислорода (БПК)

Уровень загрязненности водоёма веществами органического происхождения определяют по степени биохимического потребления кислорода, требуемого для окисления соединений микроорганизмами. Скорость окисления зависит от вида вещества.

Быстро окисляются:

• Фенол;
• Формальдегид;
• Алифатические спирты;
• Фурфурол и т.д.

К веществам медленного разложения относятся сульфонол, гидрохинои и др. Уровень БПК в водоёмах колеблется от 0,5 мг O2/дм3 (чистые природные источники) до 10 мг O2/дм3 (критический показатель загрязнённости воды).

Щёлочность

Щёлочность воды зависит от уровня гидроксильных ионов и количества кислот. Под общей шёлочностью понимают сумму анионов слабых кислот (сульфидов, карбонатов, силикатов и т.д.), содержащихся в водном источнике. Из-за низкой концентрации ряда веществ в большинстве водоёмов уровень общей щёлочности часто определяется по количеству карбонатов.

Анализ водных проб на щёлочность проводится перед использованием водоёма для искусственного орошения. Также показатель щёлочности исследуется для определения дозировки веществ, необходимых для очистки стоков.

Растворённый кислород

В молекулах природных источников содержится растворённый кислород, концентрация которого может снижаться или повышаться в зависимости от ряда процессов. Кислородному обогащению способствует выпадение осадков, процесс фотосинтеза подводных растений, абсорбция из атмосферы. Факторы, приводящие к уменьшению концентрации кислорода:

• дыхание организмов, обитающих в водоёме;
• процесс разложения органических соединений;
• бактерии;
• химическое окисление веществ;
• повышение температуры.

Согласно нормам, минимальная концентрация кислорода в питьевых источниках — 4 мг/дм3. Дефицит кислорода наблюдается в водоёмах с высоким уровнем фекального загрязнения, гумусовых веществ. Уровень кислорода относится к индикаторам фотосинтеза в водном источнике. Снижение концентрации до критического уровня 2 мг/дм3 приводит к гибели популяций рыб.

Взвешенные вещества (грубодисперсные примеси)

К водным примесям, содержащимся в водоёмах, относятся песок, планктон, ил, глина и т.д. Количество взвешенных веществ зависит от времени года, погоды, человеческого воздействия (промышленная деятельность, сельское хозяйство и т.д.)

Процент взвешенных веществ влияет на температуру, прозрачность, скорость образования осадков, состав воды. Оценка концентрации грубодисперсных примесей проводится для определения состояния водного источника и для контроля за биологическими и химическими процессами обработки.

Перманганатная и бихроматная окисляемость (ХПК)

Окисляемость – величина, соответствующая степени окисления минеральных и органических соединений под воздействием окислителя. Мера измерения – миллиграммы кислорода, потребовавшегося для окисления органических соединений в 1 дм3 воды. Существуют органические вещества медленного и быстрого окисления. В природе встречаются различные типы окисляемости. Степень окисляемости надземных источников значительно превышает окисляемость грунтовых вод.

Бихроматную окисляемость (ХПК) определяют для загрязнённых водоёмов, находившихся под антропогенным воздействием. Для природных источников с низким уровнем загрязнения используют метод определения перманганатной окисляемости.

Водородный показатель

Количество водорода (pH) в водных источниках определяется соотношением угольной кислоты и её ионов. На показатель pH влияют процессы жизнедеятельности подводных растений, попадание металлов, гумусовые кислоты. Этот показатель является одним из первостепенных при определении качества источника. В норме pH находится в пределах 6,5 – 8,5.От концентрации водорода зависит жизнь рыб, водорослей, pH влияет на скорость разложения органических веществ.

Исследования водоёмов осуществляют на регулярной основе. Анализ водного источника позволяет обезопасить жителей городов от использования некачественной воды и помогает предотвратить распространение инфекций.