Оценка качества воды в ерике Кигач (Астраханская область)

На содержание кислорода в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. К первой группе процессов, обогащающих воду кислородом, следует отнести:

• процесс абсорбции кислорода из атмосферы;
• выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза;
• поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно пересыщены кислородом.

Абсорбция кислорода  из атмосферы происходит на поверхности  водного объекта. Скорость этого  процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. При каждом значении температуры существует равновесная концентрация кислорода, которую можно определить по специальным справочным таблицам, составленным для нормального атмосферного давления. Аэрация – обогащение глубинных слоев воды кислородом – происходит в результате перемешивания водных масс, в том числе ветрового, вертикальной температурной циркуляции и т.д.

Фотосинтетическое выделение кислорода происходит при ассимиляции диоксида углерода водной растительностью. Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше биогенных (питательных) веществ (P, N и др.) в воде. Продуцирование кислорода происходит в поверхностном слое водоема, глубина которого зависит от прозрачности воды (для каждого водоема и сезона может быть различной, от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров) (Петин А.Н. с соавт., 2006).

Таблица 2

Содержание  кислорода в водоемах с различной степенью загрязненности

Уровень загрязненности воды и класс  качества	Растворенный кислород
	лето, мг/дм3	зима, мг/дм3	% насыщения
очень чистые, I	9	14–13	95
чистые, II	8	12–11	80
умеренно загрязненные, III	7–6	10–9	70
загрязненные, IV	5–4	5–4	60
грязные, V	3–2	5–1	30
очень грязные, VI	0	0	0

 

Химическое  потребление кислорода (ХПК) – это количество кислорода, потребленное при общем химическом окислении органических компонентов до неорганических продуктов. Обусловлено содержанием в воде органических веществ и может служить характеристикой загрязненности воды (Зинченко Т.Д. с соавт., 2000).

Величина, характеризующая  содержание в воде органических и  минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Наиболее высокая степень окисления достигается методами бихроматной и иодатной окисляемости воды. Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм³ воды.

В водоемах и  водотоках, подверженных сильному воздействию  хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (табл. 3).

Таблица 3

Величины  ХПК в водоемах с различной степенью загрязненности

Степень загрязнения (классы водоемов)	ХПК, мг О/дм3
очень чистые	1
чистые	2
умеренно загрязненные	3
загрязненные	4
грязные	5–15
очень грязные	>15

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мг О/дм³ (Петин А.Н.с соавт.,2006).

Биохимическое потребление кислорода (БПК) –показатель качества воды, характеризующий количество кислорода, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20ºС, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов. (Гелашвили Д.Б. с соавт.,2002).

В естественных условиях находящиеся в воде органические вещества разрушаются бактериями, претерпевая аэробное биохимическое окисление с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде кислород. В водоемах с большим содержанием органических веществ большая часть РК потребляется на биохимическое окисление, лишая таким образом кислорода другие организмы. При этом увеличивается количество организмов, более устойчивых к низкому содержанию РК, исчезают кислородолюбивые виды и появляются виды, терпимые к дефициту кислорода.

 Биохимическое  окисление различных веществ происходит с различной скоростью. К легкоокисляющимся («биологически мягким») веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин и др. Медленно разрушаются «биологически жесткие» вещества, такие, как гидрохинон (Зинченко Т.Д., 2000).

Определение БПК основано на измерении концентрации РК в пробе воды непосредственно  после отбора, а также после  инкубации пробы. Инкубацию пробы проводят без доступа воздуха в кислородной склянке в течение времени, необходимого для протекания реакции биохимического окисления. Так как скорость биохимической реакции зависит от температуры, инкубацию проводят в режиме постоянной температуры (20± 1) °С. Обычно определяют БПК за 5 суток инкубации (БПК₅), однако содержание некоторых соединений более информативно характеризуется величиной БПК за 10 суток или за период полного окисления (БПК₁₀ или БПК_полн соответственно). Погрешность в определении БПК может внести также освещение пробы, влияющее на жизнедеятельность микроорганизмов и способное в некоторых случаях вызывать фотохимическое окисление. Поэтому инкубацию пробы проводят без доступа света (в темном месте). Ориентировочно принимают, что БПК₅ составляет около 70 % БПК_полн, но может составлять от 10 до 90 % в зависимости от окисляющегося вещества.

  В поверхностных водах величины БПК₅ изменяются обычно в пределах 0,5–4 мг O₂/дм³ и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Сезонные колебания зависят в основном от изменения температуры и от 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^oC. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохимической активности. Суточные колебания величин БПК₅ также зависят от исходной концентрации растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2,5 мг О₂/дм³ в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления. Весьма значительны изменения величин БПК₅ в зависимости от степени загрязненности водоемов (табл.4)

Таблица 4

Величины  БПК₅ в водоемах с различной степенью загрязненности

Степень загрязнения (классы водоемов)	БПК5, мг O2/дм3
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

 

В зависимости  от категории водоема величина БПК5 регламентируется следующим образом: не более 3 мг O2/дм3 для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мг O2/дм3 для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования.

Определение БПК₅ в поверхностных водах используется с целью оценки содержания биохимически окисляемых органических веществ, условий обитания гидробионтов и в качестве интегрального показателя загрязненности воды. Необходимо использовать величины БПК₅ при контролировании эффективности работы очистных сооружений (Петин А.Н. с соавт., 2006).

Активная  реакция воды определяется концентрацией водородных ионов; выражается через pH. При pH=7 среда нейтральная; при pH<7 среда кислая, при pH>7 среда щелочная.

Изменения pH тесно  связаны с процессами фотосинтеза (при потреблении CO₂ водной растительностью высвобождаются ионы ОН^-). Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов.

Значение pH в  речных водах обычно варьирует в пределах 6,5–8,5. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина pH для большинства речных вод составляет 6,8–7,4, летом - 7,4–8,2.

Величина концентрации ионов водорода имеет большое  значение для химических и биологических  процессов, происходящих в природных  водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов. Величина pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

Природные воды в зависимости от рН рационально делить на семь групп (табл. 5) (Семенова А.Д., 1977).

 

Таблица 5

Группы  природных вод в зависимости  от рН

Группа	рН	Примечание
сильнокислые воды	<3	результат гидролиза солей тяжелых  металлов (шахтные и рудничные воды)
кислые воды	3–5	поступление в воду угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот в результате разложения органических веществ
слабокислые воды	5–6,5	присутствие гумусовых кислот в  почве и болотных водах (воды лесной зоны)
нейтральные воды	6,5–7,5	наличие в водах Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2
слабощелочные воды	7,5–8,5	наличие в водах Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2
щелочные воды	8,5–9,5	присутствие Na2CO3 или NaHCO3
сильнощелочные воды	9,5	присутствие Na2CO3 или NaHCO3

 

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание растворимых солей кальция и магния  называют общей жесткостью. Общая жесткость подразделяется на карбонатную, обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатную – концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Поскольку при кипячении воды (точнее при температуре более 60 ⁰С) гидрокарбонаты переходят в карбонаты, которые выпадают в осадок, карбонатную жесткость называют временной или устранимой. Остающаяся после кипячения жесткость (обусловленная хлоридами или сульфатами) называется постоянной.

В естественных условиях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, обусловливающих жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и других процессов растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах. Ввиду того, что солями жесткости являются соли разных катионов, имеющие разную молекулярную массу, концентрации солей жесткости, или жесткость воды, измеряется в единицах эквивалентной концентрации – количеством г-экв/л или мг-экв/л. Вода с жесткостью менее 4 мг-экв/дм³ считается мягкой, от 4 до 8 мг-экв/дм³ – средней жесткости, от 8 до 12 мг-экв/дм³ – жесткой и выше 12 мг-экв/дм³ – очень жесткой. Общая жесткость колеблется от единиц до десятков, иногда сотен мг-экв/дм³, причем карбонатная жесткость составляет до 70–80 % от общей жесткости.

Жесткость поверхностных  вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья (Гелашвили Д.Б. с соавт.,2002).

Допустимая  величина общей жесткости для  питьевой воды и источников централизованного водоснабжения составляет не более  
7 мг-экв/л (в отдельных случаях – до 10 мг-экв/л) (Петин А.Н.с соавт.,2006).

Щёлочность обусловлена наличием в воде анионов слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, сульфитов, гидросульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот, фосфатов). Их сумма называется общей щелочностью. При анализе воды на щелочность в большинстве случаев ориентируются на содержание в воде гидрокарбонатов.. Щелочность природной воды чаще всего зависит от количества растворенных в ней солей угольной кислоты. Однако кроме них в воде могут быть и другие карбонатные соединения: углекислый газ и молекулярная угольная кислота. Концентрация последней очень мала по сравнению с содержанием углекислоты, поэтому ее в расчетах не учитывают (Гелашвили Д.Б. с соавт.,2002).