Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Орлов Контроль качества поверхностных вод

.pdf
Скачиваний:
60
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
6 Мб
Скачать
☆

Своеобразие химического состава вод местного стока той или иной территории в значительной степени определяется объемами вод различного происхождения, формирующихся здесь в течение года- (генетических составляющих местного стока)-и их соотношениями.

Для определения направленности гидрохимических процессов, протекающих в лесостепной зоне, существенный интерес представляет то обстоятельство, что доля атмосферных осадков, способных здесь промывать верхнюю часть почвенно-грунтовой толщи, составляет в среднем 12 % и, следовательно, является промежуточной относительно значений, свойственных лесной и степной зонам.

Обобщение характеристик генетических категорий,' составляющих местный сток на территории ETC, позволяет выявить основные закономерности формирования местного стока в различных географических зонах, которые в общих чертах можно свести к следующему. Среди стокообразующих факторов наиболее четко прослеживается влияние климатических условий, вследствие чего в распространении слоя местного стока на Европейской территории Союза проявляются ясно выраженные черты географической зональности. Из данных, приведенных в табл. 2.1, видно, что величина слоя стока вод склонового происхождения на равнинной

территории ETC в общем закономерно уменьшается от

200—

250 мм в тундре и на севере лесной зоны до 20—'10 мм в

южных

степных районах. Для русловых вод почвенно-грунтового и грунтового происхождения также характерным является постепенное, уменьшение слоя стока в указанном направлении: почвенно-грун- товых вод от 200 до 10 мм и грунтовых вод —от 150 до 2 мм.

Несомненно, что указанная закономерность географической изменчивости вод генетических категорий местного стока в основном определяется зональным изменением водного баланса — годового количества выпадающих атмосферных осадков, стока и величиной испарения с поверхности водосборов.

" Природная зональность обнаруживается и в пространственном изменении гидрохимических характеристик вод местного стока, где Также явственно проявляется наличие широтной поясности.

Одна из

наиболее

важных

характеристик качества

воды — общее

содержание

растворенных

минеральных

солей (минерализация) —

для вод

всех

генетических

категорий закономерно

увеличивается

с севера

на

юг, т. е. в противоположном, относительно размеров

водного

 

стока,

направлении.

Минерализация склоновых

вод по-'

следовательно

возрастает

от

.крайне

малых

значений

(10—

30 мг/Л), характерных для

водосборов

тундры

(и лесотундры) до

200—600 мг/л на территории степной зоны. Для

почвенно-грун-

товых

вод

имеет

место

зональное изменение

минерализации от

30—60

мг/л

(тундровая

зона)

до 300—1000 мг/л

(степная зона).

Весьма отчетливо проявляется широтная зональность и в измене-

нии минерализации

вод грунтового происхождения — от40—

3 Зак. 443

33

 

200 мг/л на водосборах севера ETC до 1—4 фг/л

на территории

 

степной

зоны.

Указанная

закономерность

обусловлена,

главным

 

образом, уменьшением с севера на юг

степени

промываёмости

 

атмосферными осадками почвенно-грунтовой толщи водосборов,

 

количественная оценка которой была рассмотрена выше. Анало-

 

гичным образом; изменяются и некоторые другие характеристики

 

химического состава воды, в частности,

ее

жесткость,

В

то же

 

время уменьшение содержания в водах различного

происхождения

 

органических

веществ,

судя

по

цветности и

окисляемости

воды,

 

происходит в обратном направлении, т. е. с юга на север.

Таким

 

образом, содержание растворенных в воде органических соедине-

 

ний понижается с уменьшением слоя атмосферных осадков, про-

 

мывающих почвенно-грунтовую толщу.

 

 

 

 

 

 

 

Наличие широтной зональности отмечается и в отношении

 

ионного состава вод. Однако проявление зональности ионного со-

 

става носит более сложный характер, поскольку большая часть

 

территории

ETC

относится к

зонам избыточного

и

достаточного

 

увлажнения и за многовековой период хорошо отмыта от легко-

 

растворимых солей. На водосборах севера ETC воды всех генети-

 

ческих

 

категорий

стока

отличаются хорошо

выраженным

гидро-

 

карбонатным характером. По мере продвижения к югу повы-

 

шается

относительное содержание в ионном

составе

сульфатных

 

и хлоридных ионов, которые становятся преобладающими на водо-

 

сборах степной зоны (за исключением склоновых вод, где

ионы

 

легкорастворимых

 

солей

«конкурируют»

с

гидрокарбонатными

 

ионами).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следует отметить, что наличие зональности в гидрохимических

 

характеристиках

речных

вод

отмечалось

ранее

в

работах

.

О. А. Алекина, которым

была

составлена

гидрохимическая

карта

 

рек СССР по данным анализов проб воды, отобранных в летние

 

периоды. При этом обобщение материалов производилось для

 

речных вод средних и больших водосборов. Основные закономер-

 

ности

изменения

гидрохимических

характеристик

местного

стока

,

различных

Природных

зон

впервые были установлены

в работе

 

[21].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вместе с тем,- анализируя количественные данные о стоке вод

 

различного происхождения, можно выявить и влияние ряда некли-

 

матических

факторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь в первую очередь необходимо отметить влияние рельефа,

 

которое нередко обусловливает изменение стока и часто вызывает

 

определенное

повышение или

понижение

слоя стока вод различ-

 

ного происхождения. Как правило, хорошо выраженные возвы-

 

шенности (Валдайская, Среднерусская, Донецкий кряж и другие)

 

увеличивают слой стока склоновых и почвенно-грунтовых вод на

 

10—-30 %, тогда как на плоских низинах наблюдается уменьшение

 

стока

этих

вод на

10—20%. Весьма заметным является в

ряде

 

случаев проявление особенностей геологического строения, вклю-

 

чая литологический

состав

почвогрунтов.

Влияние

неглубокого

 

34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

залегания карстующихся горных пород (известняка, гипса) или песчаных отложений на количественные характеристики генетических категорий местного стока проявляется в резком увеличении роли грунтовой составляющей местного стока при одновременном уменьшении склонового стока. Можно заметить, что отклонения от зональных характеристик сказываются в той или иной мере и на химическом составе вод. Вместе с тем, значительная заболо-, ченность водосборов или широкое распространение в их пределах тяжелых глинистых пород приводят к существенному , преобладанию поверхностно-скЛонового стока по сравнению с водами, стекающими в русловую сеть другими путями. В этом случае русловые воды отличаются повышенной цветностью и окисляемостью и меньшей минерализацией.

2.5. Принципы нормирования качества воды

Сведения о качестве природных вод, формирующемся под влиянием естественных и антропогенных факторов, необходимо учитывать при использовании водных объектов для всех видов водопользования: питьевом, культурно-бытовом, рыбохозяйственном, техническом и т. д. Каждый вид водопользования предъявляет свои требования к качеству воды. В связи с этим большое значение

имеет его нормирование, т. е. установленные значения

показате-

лей качества по видам водопользования.

>

В настоящее время разработаны и официально утверждены на общегосударственном уровне нормативы качества воды лишь для культурно-бытового, питьевого и рыбохозяйственного водопользования. Имеются ведомственные требования к качеству воды для отдельных видов технического и сельскохозяйственного водоснабжения. Поставлен вопрос о необходимости разработки экологических и природоохранных нормативов, способных предотвратить деградацию водных объектов как здоровой среды жизни водных организмов и оптимизировать взаимодействие природной среды и человеческого общества.

Прежде чем рассматривать принципы нормирования качества воды, необходимо определить само понятие" о качестве воды, поскольку оно не совпадает с понятием о составе водных масс. Под качеством водь1_поним-ается характеристика состава и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1,01-77. «Использование и охрана вод. Основные термины и определения») .„ Качество природных вод представляет собой совокупность физических, химических и биологических показателей.Оно характеризуется составом и количеством растворенных и взвешенных веществ, составом и содержанием биомассы гидробибнтов и "'микроорганизмов, температурой, плотностью воды и другими физическими показателями. Соответственно этому оценка качества воды может производиться по фи- 3* 35

] зическим, химическим, бактериологическим и гидробиологическим показателям.

Нормирование качества поверхностных-вод в нашей стране базируется на Основах водного законодательства, в частности, на

-общегосударственных «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами», целью которых является предупреждение и устранение загрязнения водных объектов.

Под загрязнением водных объектов принято понимать процесс изменения состава и свойств природных вод в результате деятельности человека, приводящий к ухудшению качества воды для водопользования (ГОСТ 17403-72). Следовательно, состояние загрязнения наступает только в том случае, если действие антропогенных факторов (например, сброс сточных вод) приводит к нарушению норм качества воды.

, Исходные предпосылки для разработки санитарно-гигиениче- ского нормирования качества воды включают следующие основные принципы и положения (Черкинский): ч

—• охрана водных объектов должна рассматриваться с точки зрения социального значения проблемы — создания благоприятных условий водопользования в интересах здоровья людей и развития народного хозяйства;

— вредное влияние сточных вод зависит от многих факторов (исходное состояние водного объекта, количество и состав сточных вод, гидрологический режим объекта и т. д.);

—изменения в составе и свойствдх воды под влиянием антропогенных факторов сами по себе еще не определяют вредности сточных вод, если они не ограничивают безопасное водопользование;

—критерием вредности поступающих сточных вод могут быть лишь характер и степень ограничения водопользования;

—не может быть единого критерия вредности сточных вод, поскольку различен характер водопользования;

—гигиеническим критерием вредности сточных вод должна быть степень ограничения хозяйственно-питьевого и культурнобытового водопользования, которая возникает в связи с загрязнением воды, создающим опасность для здоровья населения или ухудшение санитарных условий жизни.

При решении практических задач охраны водоемов от загрязнения возникла необходимость конкретизировать требования к составу и свойствам воды, отвечающих интересам нормального общественно полезного и безопасного для населения водопользования. Показатели состава и свойств воды при этом определяли пределы допустимого загрязнения водного объекта и приобретали значения нормативов (предельно допустимых Концентраций — ПДК). Очевидно, что эти нормативы должны быть различны в той мере, в какой различньг требования к обеспечению каждого вида 36

Ёодопбльзоёанйя. Так, например, нормативы качества воды являются гигиеническими, если они исключают неблагоприятные и опасные влияния на здоровье людей при использовании водоемов для питьевых и культурно-бытовых целей.

Принцип дифференциации нормативов был признан в постановлении СМ СССР «О мерах по упорядочению использования и усилению охраны водных ресурсов СССР» (1960 г.), в котором указано:

:—. нормативы чистоты поверхностных и подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд населения, должны разрабатываться МЗ~СССР;

— нормативы

чистоты и режима рыбохозяйственных водое-

мов— Министерством рыбного хозяйства СССР;

— нормативы

чистоты водоемов, используемой для сельского

хозяйства —МСХ

СССР.

Гигиенические

нормативы содержания химических веществ

в воде лежат в

основе современного водного законодательства

«Основы водного законодательства СССР и союзных республик» (1970), прямо указывают на необходимость решения вопросов охраны водоемов от загрязнения на основе устанавливаемых нормативов качества воды водоемов.

Особое значение нормативов качества воды в том, что наличие нормативов позволяет при проведении и планировании мероприятий по охране водных ресурсов применять расчетные методы. Они исходят из взаимосвязи источник загрязнения — состояние водоема— интересы водопотребителей. Благодаря расчетным методам можно прогнозировать состояние водоемов. Это находит отражение при разработке схем рационального использования и охраны водных ресурсов различных районов страны.

Теоретической основой научной разработки масштаба безвредности (ПДК токсических веществ в воде) являются две биологические закономерности: -

1) эффект любого действующего (химического) фактора пропорционален его силе (интенсивности), что кратко выражается формулой доза->время-»-эффект.

2) биологическое действие любого (химического) фактора подчиняется принципу пороговое™, ниже которого не обнаруживается реакция организма.

В соответствии с этими закономерностями только, максимально недействующая доза (концентрация) закладывается в основу гигиенического нормирования химических факторов окружающей среды, в том числе и водвемов.

Для определения ПДК обычно проводятся специальные хронические санитарно-токсикологические исследования. Исследование должно проводиться по трем признакам вредности: общесанитарному (санитарное состояние водоема), органолептическому (свой-

37

ства воды, определяемые непосредственно органами чувств Человека); санитарно-токсикологическому (здоровье человека).

Общепринятый методический прием состоит в том, что ПДК вещества в водоеме устанавливается по тому признаку вредности, который характеризуется наименьшей пороговой или подпороговой (для санитарно-токсикологического признака) концентрацией. Так . как этот признак вредности определяет .характер наиболее вероятного неблагоприятного действия наименьших концентраций каждого вещества, он получил название лимитирующего признака вредности (ЛПВ). ЛПВ указывает, в каком направлении прежде всего проявится неблагоприятное влияние загрязняющего вещества при наименьшей его концентрации.

Подавляющая часть вредных веществ лимитируется по общесанитарному и органолептическому ЛПВ, поэтому создается запас надежности в санитарно-токсикологическом отношении, ибо подпороговые концентрации по токсикологическому признаку будут, как правило, выше, чем у ПДК по другим ЛПВ-

Весьма сложен вопрос о гигиеническом нормировании качества вод в условиях одновременного (комбинированного) загрязнения водоемов несколькими вредными веществами.

—Эта задача решается на основе следующих принципов:

—нормирование при комбинированном воздействии может проводиться .только для-тех веществ, для которых уже установлены свои ПДК;

—при нормировании следует иметь в виду комбинации, в ко-

торых концентрации каждого вещества не превышают ПДК (иначе они уже недопустимы);

—усиления вредного влияния можно ожидать от комбинированного действия веществ, обладающих одинаковым ЛПВ. Например, усиления запаха воды можно ожидать от веществ, относящихся к органолейтичёскому ЛПВ;

—степень совместного влияния всех вредных веществ не должна превышать действия каждого из веществ в отдельности на уровне их ПДК, поэтому содержание каждого из вредных веществ должно быть уменьшено.

При определении степени уменьшения вредного влияния отдельных веществ исходим из простого суммирования:

Si +

S2

nDKi

п б к 2

где Si и nDKi — концентрации и предельно-допустимые концентрации соответствующего вещества.

Табл. 2.2 дает представление о конкретных

значениях ПДК

для рыбохозяйственного и санитарно-бытового

водопользования.

38

Таблица 2.2

Сопоставление значений ПДК (мг/л) некоторых вредных веществ поверхностных вод

Ингредиенты

Для рыбохозяйственного

 

Для санитарно-

 

бытового

и показатели

водопользования

 

 

водопользования

 

 

 

 

Растворенный

кислород

В зимний период не ме-

Не менее 4,0

 

 

нее 4,0 (6,0 — для водое-

 

 

 

 

мов с ценными поро-

 

 

 

 

дами рыб), в летний пе-

 

 

 

 

риод — 6,0

 

 

БПКполв

 

3,0

3,0

(6,0 .г- для спортив-

 

 

 

ных

и рекреационных

 

 

 

целей)

рН

 

6,5-8,5

 

6,5—8,5

Аммоний солевой

0,5(0,30 N)

 

2,0

Железо Fe+3

 

0,05

 

0,5

Кадмий Cd

 

0,005

 

0,001

Кобальт Со

 

0,01

 

0,1

Медь Си

 

0,001

 

1,0

Мышьяк As

 

0,05

 

0,05

Нефтепродукты

раство-

 

 

 

ренные, эмульсирован-

0,05

 

0,3

ные

 

 

Нитрат-ион

 

40,0 (9,1N)

 

10,0N

Нитрит-ион

 

0,08 (0,02 N)

 

1,0

СПАВ

 

0,1

 

0,5

Сйинец РЬ

 

0,1

 

0,03

Фенолы

 

0,001

 

0,001

Г л а в а 3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВОДНЫХ

РЕСУРСОВ

ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ

3.1, Качественные и количественные изменения водных ресурсов под влиянием хозяйственной деятельности

В результате интенсивного использования водных ресурсов изменяется не только количество воды, пригодной для той или иной области хозяйственной деятельности, но и происходит изменение составляющих водного баланса, гидрологического режима водных объектов и, самое главное, качества воды. Объясняется это тем, что большинство рек и озер являются одновременно источниками водоснабжения и приемниками хозяйственно-бытовых,, промышлен-.

39

ных и сельскохозяйственных

стоков. Это привело к тому, чтб

в наиболее обжитых районах

земного шара в настоящее время

 

не осталось сколько-нибудь крупных речных систем с гидрологиче-

 

ским режимом и химическим составом, не нарушенным в той или

 

иной степени хозяйственной деятельность^.

 

Г

Основными видами хозяйственной деятельности,

оказываю-

V щими наибольшее влияние на качественные и тал_иае.с.тв£шш:е из-

 

менения водных ресурсов,...является. водопЬтребление .на

промыш-

 

ленные и коммунальные нужды, сбросы в водоемы отработанных

 

сточных вод, переброска стока, урбанизация, создание водохрани-

 

лищ, орошение и обводнение засушливых земель, осушение, агро-

 

лесомелиоративные мероприятия и т. д. При этом на каждом водо-

 

сборе одновременно действуют многие из перечисленных

факторов.

В связи с этим при водохозяйственном планировании и регулировании качества воды оказывается необходимым учитывать влияние каждого из этих факторов в отдельности и всех вместе. В про-

Г цессе

рассмотрения

каждого фактора будем

выделять

два во-

проса:

изменение

гидрологического режима

и

объема

стока и

^ качественные изменения водных ресурсов.

Под качеством воды

понимают ее свойства и химический состав в естественном водном объекте, удовлетворяющие потребностям определенных водопользователей. В результате антропогенного воздействия происходит загрязнение природных вод, т. е.. изменение их состава и свойств,

•приводящее к ухудшению качества воды, в результате чего она становится частично или полностью непригодной для водопользования.

Пр и з а грязненин природных вод происходит изменение физическихсвоиств (прозрачность, окраска, запах) и химического состава воды (изменение содержания растворенных веществ и появ-

ление в их составе вредных веществ), сокращение содержания растворенного кислорода, появление новых бактерий (в том числе и болезнетворных), изменение температуры воды и т. д. Степень загрязнения водных источников определяется концентрацией в воде вредных йримесей и оценивается требованиями различных отраслей народного хозяйства.

3.1.1. Изменение качества воды в водотоках и водоемах под влиянием промышленности

В водном хозяйстве страны промышленность является одним из крупнейших потребителей воды. Особенностью использования

(''воды в

промышленности

является то, что подавляющая часть ее

• после

использования в

процессе

производства

возвращается

/ в реки и озера в виде сточных вод. Безвозвратное

водопотребле-

ние

составляет

незначительную часть

от водозабора

(5—10%)

"и не

может

существенно

сказаться

на

количественном

изменении

водных

ресурсов

крупных

районов.

Качество же 'воды в водном

источнике

под

влиянием

промышленных стоков меняется очень

<40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

суЩествённб, т. е. сброс отработанных сточных вод приводйт к загрязнению водоемов.

Количество и состав загрязняющих веществ в промышленных сточных водах зависят от вида производства, исходного сырья, различных добавочных продуктов, участвующих в технологических

процессах.

Кроме того,

состав сточных вод зависит от Принятой

на данном

производстве

технологии, от вида й совершенства

производственной аппаратуры и т. д. Состав сточных вод промышленности очень многообразен и даже для одного и того Же производства колеблется в весьма широких пределах. С появлением новых отраслей промышленности (нефтехимической, органического синтеза и т. д.), с ростом использования новых химических соеди-

нений происходит дальнейшее увеличение количества

промышлен-

ных сточных вод и усложнение их состава.

 

 

/ В зависимости

от вида

выпускаемой

продукций удельное

водо-

потребление

(на

единицу

продукции)

может изменяться от не-

скольких единиц до нескольких тысяч

кубических метров,

(табл.

3,1).

 

 

 

 

Таблица 3.1

 

Удельное водопотребление в некоторых отраслях

 

 

 

 

 

промышленности [9] i

 

 

Биды продукции

 

Расход воды, м3/т

 

Уголь

 

 

 

3—5

 

 

Нефть (переработка)

 

30—50

 

 

Сталь

 

 

 

50—150

 

 

Чугун

 

 

 

150—200

 

 

Бумага

 

 

 

200—400

 

 

Химические удобрения

 

300—600

 

 

Хлопчатобумажные ткани

 

300—1000

 

 

Синтетическое волокно

 

2500—5000

 

 

Наиболее

интенсивно

загрязняют

поверхностные

воды

такие

отрасли_цралшшл-е«я-асти7кЩ^ дюлшно-бумажная, нефтедереРАбатываюшая. .'Основными ' загряз-

няющими .веществами в сточных водах этих отраслей

промышлен-

ности

являются дефть,

ф е н о ^

 

ческие

соединения.

По

результатам наблюдений,

выполненных

в ггоследние годы

ГМС, поверхностные воды страны оказались

загрязненными нефтепродуктами в 80 % всех случаев наблюдений, фенолами в 60 %, тяжелыми металлами в 50 %,1 " .

Нефть и нефтепродукты не "являютсяестественными компонентами состава воды рек и водоемов, поэтому их появление в водных

41

ббъёк^ах мойно рассматривать йак загрязнение. Йаличйе в воде нефтепродуктов. отражается да развитии акпы—Д—малькод_,рыб, на численности и видовом состав.е .кор-мовых ресурсов рек, каче-

стве и пригодности в пищу промысловой

рыбы. ^Образование

"Зстениаг" нк nosegXifoffi^

реаапации,

'. способности^_водоемов1; __Биохимиче-' ское разложение, нефтепродуктов в поверхностных водах протекает очень медленно. Скорость биохимического окисления зависит от многих факторов: температуры воды, наличия в воде кислорода и биогенных веществ, химического состава, сбрасываемых нефтепродуктов, наличия в воде высшей растительности и т. д. Однако даже при благоприятных условиях разложение взвешенной и растворенной в воде нефти (распад ее и удаление из водоема) происходит не быстрее чём за 100—-150 дней.

Загрязнение поверхностных вод фенолами (обычно имеют в виду одноатомные летучие фенолы, являющиеся наиболее ток-

сичными в этой

группе

соединений)

приводит

к нарушению био-

логических процессов,

протекающих

в водных

объектах. Токсич-

ность фенольных

сточных вод увеличивается за

счет присутствия

в них сероводорода, нафталина, цианистых соединений. При содержании в таких водах 0,02—0,03 мг/л фенола происходит полная потеря вкусовых и товарных качеств рыбы. Вредные же свойства фенолов для водных бактерий проявляются при концентрациях, приблизительно в 10 раз меньших, чем для рыб.

В результате работы химических предприятий в водоемы попадает большое количество разнообразных по составу и свойствам органических, соединений, в том числе ранее не существовавших в природе. Часть этих веществ исключительно активна в биологическом отношении, с трудом поддается биологической очистке, Действию физических реагентов, т. е. такие вещества труднОуда-

лимы из стоков. Среди них особое место занимают

синтетические

моющие срёдства — детергенты,

производство которых интенсивно

развивается во всех странах.

По исследованиям,

выполненным

в США, установлено,

что применение детергентов

значительно

увеличило "содержание

фосфатов в реках США, а

это привело

к интенсивному развитию в них водной растительности, к цветению рек и водоемов, к истощению кислорода в водной массе. Другой отрицательной чертой детергентов является то, что они чрезвычайно, затрудняют работу канализационных сооружений, замедляя процессы коагуляции при подготовке воды на водопроводных станциях.

Весьма неблагоприятное воздействие на реки И водоемы оказывают сточные воды, содержащие значительное количество цинка и меди. Содержание цинка и меди в незагрязненных водах невелико и зависит от физико-географических условий формирования химического состава воды, сезонных колебаний температуры и гидрологического режима реки. Содержание меди в природных водах составляет от 1 до 10 мкг/л, а цинка —от 1 до 30 мкг/л. Увеличе-

42