5.2.2.Контроль и управление качеством водных объеков.

. В отличие от воздуха, вода - более жестко локализованное в пространстве природное тело. Ее присутствие в водоемах всегда ограничено их берегами и дном. Это существенным образом сказывается на последствиях загрязнения воды с точки зрения их влияния на здоровье человека и на экосистемы.

Следует иметь в виду, что словосочетание водный объект" (как и "водоем", ''водоток") используется в качестве технического термина.

А фактически речь идет о качестве воды в водных экологических системах, т.е. в биогеоценозах, где аналогично воздуху в наземных экосистемах вода является постоянной средой обитания для множества живых организмов, чьи экологические ниши здесь локализованы, т.е. для водного биоценоза.

Важнейшей водоохранной задачей в условиях промышленной и хозяйственной деятельности человеческого общества, а также с учетом того, что целенаправленное или случайное отведение жидких "отходов" в водные объекты практически неизбежно, является установление допустимых нагрузок на них при водопользовании и водопотреблении.

Водопользование - это использование воды без изъятия ее из мест естественной локализации. Основными водопользователями являются рыбное хозяйство, гидроэнергетика, водный транспорт.

Водопотребление - это использование воды, связанное с изъятием ее мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием или с возвращением в источники водозабора в измененном (загрязненном) состоянии, т.е. с примесями.

Основные водопотребители - сельское хозяйство, промышленные производства, культурно-бытовое хозяйство.

Степень предельно допустимого загрязнения воды в водном объекте, зависящая от физических особенностей и способности к нейтрализации примесей, рассматривается как предельно допустимая нагрузка ПДН.

Но поскольку использование воды связано с изъятием ее из водоема (или водотока) и угрозой истощения этого объекта, разрушением экосистемы, а также с использованием для целей купания, рыбной ловли, отдыха на воде, то ограничение нагрузки только с точки зрения поступления в воду загрязняющих веществ оказывается недостаточным.

Поэтому в настоящее время стоит проблема разработки нормативов предельно допустимой экологической нагрузки на водные экосистемы ПДЭН.

В общем случае допустимая нагрузка на водоем (при его загрязнении) определяется как разность между нормативной нагрузкой, т.е. возможностью сброса С_норм и уже существующей, т.е. фактической нагрузкой С_факт:

С_доп = С_норм - С_факт

Согласно действующим правилам какой-либо водный объект считается загрязненным, если показатели состава и свойств воды в нем изменились под прямым или косвенным влиянием производственной деятельности и бытового использования населением и стали частично или полностью непригодными хотя бы для одного из видов водопользования.

Если же примеси (загрязняющие вещества) присутствуют в воде в пределах нормативов, то водный объект загрязненным не считается.

Таким образом, загрязненность воды - не абсолютное понятие: оно относится только к вполне определенному месту или зоне водного объекта и к конкретному виду водопользования.

Поэтому водный объект вне места водопользования не считается загрязненным, даже если его экосистема полностью разрушена вследствие сброса вредных веществ.

Такое положение является объективно вынужденным, ибо полностью прекратить сбросы и разбавление загрязняющих веществ в природных водах пока нереально.

Но с экологических позиций это положение совершенно неприемлемо, так как из него следует, что вне места водопользования водная экосистема, даже полностью разрушенная, загрязненной не считается.

Поэтому экологически грамотные инженеры производства независимо от того, обеспечена или нет допустимая нагрузка на водный объект, должны принимать все технически доступные меры для минимизации сброса в него загрязняющих веществ.

Под загрязненностью водного объекта понимают такое его состояние в официально установленном месте использования воды, при котором наблюдается сдвиг от нормы в сторону увеличения содержания тех или иных нормируемых компонентов.

Поэтому загрязняющим веществом считается не любая примесь воды и не в любом количестве, а лишь примесь избыточная, которая приводит к нарушению нормативов качества воды.

Основным нормативным требованием к качеству воды в водном объекте является соблюдение установленных предельно допустимых концентраций, т.е. группы экологических стандартов, оценивающих состояние водной экосистемы и качество воды с точки зрения ее опасности (или безопасности) для здоровья,

Предельно допустимая концентрация примеси в воде водного объекта (реке, озере, море, подземных водах) - это такой нормативный показатель, который исключает неблагоприятное влияние на организм человека и возможность ограничения или нарушения нормальных условий хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и других видов водоиспользования.

Иными словами, ПДК вредных веществ в водном объекте - это такая их концентрация, при превышении которой вода становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования.

Состав и свойства воды в водных объектах должны соответствовать нормативам в створе ( то есть в поперечном сечении водного объекта), заложенном на водотоках - в 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (хозяйственно-питьевое водоснабжение, место купания, организованного отдыха, территория населенного пункта и т.п.), а на непроточных водоемах - в радиусе 1 км от пункта водопользования.

Как и для примесей в атмосферном воздухе, для веществ, загрязняющих воду, установлено раздельное нормирование качества воды, хотя принцип разделения здесь иной и связан он с приоритетным назначением водного объекта, т.е. с категориями водопользования (рис.4.1).

Рис. 4.1. Категории водопользования

К качеству воды каждой из категорий водопользования предъявляются различные требования. В одних случаях они более жесткие, а в других - менее жесткие. Например, присутствие хлорорганических ядохимикатов (ДДТ, гексахлоран) в хозяйственно-питьевых и культурно- бытовых водных объектах допускается в пределах 0,02 и 0,1 мг/л. А в воде рыбохозяйственных водоемов присутствие этих веществ вообще не допускается ( эти вещества не должны определяться существующими методами анализа, т.е. их концентрации должны быть за пределами чувствительности аналтических методов, либо аппаратуры). Это связано с прогрессивным накоплением указанных токсикантов в восходящих ступенях пищевых цепей.

Некоторые вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на живой организм только при контактном воздействии. Другие опасны при попадании внутрь..

Присутствие первых ограничивает возможности для купания и умывания (санитарное ограничение), а вторых - лимитирует использование воды для питья и приготовления пищи (санитарно-токсикологическое ограничение).

Некоторые вещества являются вредными в сравнительно высоких концентрациях именно при контактном воздействии или при воздействии на органы чувств, и поэтому их ПДК в водных объектах первой категории имеют высокие значения с общесанитарной точки зрения.

Но в водных объектах второй категории они оказываются токсичными для ихтиофауны (рыб), и здесь на первое место выдвигается их токсическое действие.

Соответственно ПДК на эти вещества ужесточаются.

Например, если в водных объектах первой категории ПДК для аммиака (по азоту) составляет 2мг/л, то для второй категории она в 40 раз ниже.

Есть вещества мало ядовитые, но обладающие резким стойким запахом, например нефтепродукты. В водных объектах первой категории преимущественное значение имеет запах, и поэтому в основе ограничения - органолептические свойства воды, загрязненной этими продуктами (ПДК = 0,3 мг/л). Однако ткани рыб, обитающих в водоемах рыбохозяйственного назначения, приобретают резкий запах, а кроме того, нефть губительна для икры, личинок, мальков. Поэтому в рыбохозяйственных водных объектах присутствие нефти лимитируется прежде всего по рыбохозяйственному показателю и ПДК снижается до 0,05 мг/л.

Таким образом, для обеспечения чистоты водных объектов одновременно с предельно допустимыми концентрациями используется другой ограничительный норматив: лимитирующий показатель вредности, не имеющий количественной характеристики, а отражающий приоритетность требований к качеству воды в тех случаях, когда водный объект имеет полифункциональное назначение. В водных объектах культурно-бытового и хозяйственно-питьевого назначения в основу приоритетности нормирования положены преимущественно санитарно- токсикологический, общесанитарный и органолептический лимиты, а в рыбохозяйственных - в основном токсикологический и отчасти органолептический.

Значения предельно допустимых концентраций вредных веществ в водных объектах различны для разных категорий водопользования и их перечни также различны: для водных объектов первой категории установлены ПДК на 1717 вредных веществ, второй - 925, причем лишь немногие из них повторяются в обоих перечнях.

Загрязнение воды связано не только с присутствуем в ней токсичных или дурнопахнущих веществ, но и с изменением ряда других физико- химических показателей.

В водных экосистемах имеют значение режимы таких экологических факторов, как содержание взвешенных веществ, минеральный состав, растворенный кислород, температура, рН и др.

Состав и свойства воды в створах водопользования ни по одному из названных показателей не должны превышать установленных нормативов.

Специфическая форма последствий загрязнения - перерасход кислорода в воде в результате его потребления на окисление примесей,на дыхание массово размножающихся микро организмов (в первую очередь - сине- зеленых водорослей).

Вредные вещества, содержащиеся в промышленных стоках, способны подвергаться окислению в природных водах, что связано с потреблением кислорода растворенного в воде. Перерасход кислорода приводит к его дефициту в воде и к появлению эвтрофикации, т.е. повышенной биологической продуктивности водных объектов в результате накопления биогенных элементов под действием антропогенных факторов.

Зная химический состав и количество примесей в воде, рассчитывают ее потребность в кислороде на окисление этих примесей и определяют степень угрозы эвтрофикации, т.е. устанавливают, насколько опасны те или иные стоки, с тем, чтобы ограничить их сброс. Для этого используют два показателя, обязательно контролируемые санитарными лабораториями предприятий в сточных, природных и оборот­ных водах: химическое потребление кислорода (ХПК) и биохимическое потребление кислорода (БПК).

ХПК -это количество кислорода (мг/л), необходимое для окисления всех органических примесей, содержащихся в воде, т.е. углеродсодержащих веществ до СО₂, Н₂О, серосодержащих веществ - до сульфатов, фосфорсодержащих - до фосфатов и т.д.

БПК – это количество кислорода (мг/л), израсходованное за определенный промежуток времени на аэробное биохимическое окисление (разложение) нестойких органических соединений в исследуемой воде.

Например, БПК₅ - биохимическая потребность в кислороде за 5 суток, БПК_полн - биохимическая потребность в кислороде на полное окисление органики.

Биохимическая деятельность микроорганизмов, связанная с разрушением органических загрязнений сточных вод, называется биохимической активностью. Биоразлагаемость сточных вод характеризуется биохимическим показателем, под которым понимают отношение БПК_полн / ХПК или БПК / ХПК.

Считается, что при отношении БПК / ХПК = 0,5, вещества поддаются биохимическому окислению. При этом необходимо, чтобы сточные воды не содержали ядовитых веществ и примесей солей тяжелых металлов.

Биохимический показатель поглощения кислорода является параметром, необходимым для расчета и эксплуатации промышленных сооружений для очистки сточных вод. Его значение колеблется в широких пределах для различных групп сточных вод. Промышленные сточные воды имеют низкий биохимический показатель (0,05 - 0,3), бытовые сточные воды имеют биохимический показатель свыше 0,5.

Любое производственное предприятие несет ответственность за превышение тех или иных показателей качества воды и оно обязано соблюдать установленные нормативы за счет совокупности технических и технологических мероприятий, направленных на снижение или предотвращение изменения качества воды.

При этом возникает немало сложностей, связанных с гидрологическими особенностями водного объекта: профилем дна, извилистостью реки, глубиной и др. Так, разбавление примесей зависит от расхода воды в реке, который периодически меняется в разное время года и в разные годы. Кроме того, в воде уже могут присутствовать одноимен­ные примеси от предприятий, расположенных выше по течению, которые образуют фоновое загрязнение. Следовательно, ПДК недостаточно для обеспечения качества воды.

Чтобы исправить существующее положение и гарантировать качество воды в створе водопотребления, для каждого предприятия должен устанавливаться предельно допустимый сброс (ПДС) вредных веществ.

ПДС вредного вещества - это его масса в сточных водах, максимально допустимая к отведению в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.

Таким образом, если ПДК является нормативом на содержание загрязняю­щих веществ в природной среде, то ПДС - нормативом на их поступление, но при этом ПДС является функцией от ПДК.