12

МНС УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЦИВІЛЬНОГО ЗАХИСТУ УКРАЇНИ

КАФЕДРА ОХОРОНИ ПРАЦІ ТА ТЕХНОГЕННО-ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ

Затверджую

Завідувач кафедри ОПтаТЕБ,

д. т. н., професор

_________________ В. А. Андронов

“ 01 ” вересня 2011 р.

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

для проведення лекції з дисципліни “ГІДРОЛОГІЯ”

МОДУЛЬ 4. ОХОРОНА ТА РАЦІОНАЛЬНЕ ВИКОРИСТАННЯ ВОДНИХ РЕСУРСІВ.

Тема лекції № 22-23: загальні та сумарні показники якості води.

Навчальна мета:

1. Ознайомити слухачів з відомостями щодо показників якості води та підходів до їх класифікації.

2. Розглянути основні загальні та сумарні показники якості води.

Виховна мета: виховати у слухачів розуміння важливості вивчення питань, пов’язаних зі знанням показників якості води для підвищення професійної компетенції фахівця-еколога.

Навчальні групи: ЕК

Термін викладання: 80 хвилин.

Місце: навчальна аудиторія згідно з розкладом занять.

Навчально-матеріальне забезпечення: підручник, навчальні посібники, словники-довідники, мультимедійна презентація.

Методична розробка розглянута та

затверджена на засіданні кафедри ОПтаТЕБ

Протокол № 2 від “01” вересня 2011р.

Харків – 2011 р.

Лекція 22-23. Загальні та сумарні показники якості води.

План лекції

1. Поняття «показники якості води».

2. Загальні та сумарні показники якості води.

1. Поняття «показники якості води».

Якість природних вод є результатом сукупності складних процесів обміну речовинами на рівні біологічної складової гідроекосистем з одного боку, та зовнішніми потоками з площі водозбору. Якість води залежить від багатьох складових, у тому числі і від фізико-географічного розміщення водотоку, та, головне, на сьогодні, від рівня антропогенного навантаження. Відповідно якість води є як результатом сукупності природних процесів, так і результатом впливу на них комплексу антропогенних факторів.

Оскільки не існує єдиного показника, який характеризував би весь комплекс характеристик води, оцінка якості води ведеться на основі системи показників.

Показники якості води – це величини, які визначають склад і властивості води.

Показники якості води поділяються на фізичні, бактеріологічні, гідробіологічні, хімічні, радіологічні. Іншою формою класифікації показників якості води є їх розподіл на загальні та специфічні. До загальних відносять показники, які характерні для любих водних об’єктів. Наявність у воді специфічних показників обумовлено місцевими природними умовами, а також особливостями антропогенного впливу на водні об’єкти.

2. Загальні та сумарні показники якості води.

Мінералізація. Сумарний вміст всіх знайдених при хімічному аналізі води мінеральних речовин; зазвичай виражається в мг/дм³ (до 1000 мг/ дм³) і %_о (проміле або тисячна частка при мінералізації більш 1000 мг/дм³). Мінералізація природних вод, що визначає їхню питому електропроводность, змінюється в широких межах.

Більшість рік має мінералізацію води від кількох десятків в 1 л до декількох сотень міліграмів. Мінералізація підземних вод і солоних озер змінюється від 40-50 мг/дм³ до 650 г/кг (щільність у цьому випадку вже значно відрізняється від одиниці).

Багато промислових виробництва, сільське господарство, підприємства питного водопостачання пред'являють визначені вимоги до якості вод (зокрема, до мінералізації), тому що води, які містять велику кількість солей, негативно впливають на рослинні і тваринні організми, технологію виробництва і якість продукції, викликають утворення накипу на стінках котлів, корозію, засолення ґрунтів.

В таблиці 1 наведено класифікацію природних вод за мінералізацією.

Таблиця 1

Класифікація природних вод за мінералізацією

Категорія вод	Мінералізація г/дм3
Ультрапрісні	менш 0,2
Прісні	0,2 – 0,5
Води з відносно підвищеною мінералізацією	0,5 – 1,0
Солонуваті	1,0 – 3,0
Солоні	3 – 10
Води підвищеної солоності	10 – 35
Розсоли	більш 35

Відповідно до гігієнічних вимог до якості питної води сумарна мінералізація не повинна перевищувати величини 1000 мг/дм³.

Електропровідність. Електропровідність – це чисельне вираження здатності водного розчину проводити електричний струм. Електрична провідність природної води залежить в основному від концентрації розчинених мінеральних солей і температури. Природні води представляють в основному змішані розчини сильних електролітів. Мінеральну частину води складають іони Na⁺, К⁺, Са²⁺, Сl^-, SO^2-₄, HCO^-₃. Цими іонами й обумовлюється електропровідність природних вод. Присутність інших іонів (наприклад, Fe³⁺, Fe²⁺, Al³⁺, NO^-₃, HPO^2-₄, H₂PO^-₄), не сильно впливає на електропровідність, якщо ці іони не містяться у воді в значних кількостях (наприклад, нижче випусків виробничих або господарсько-побутових стічних вод).

За значеннями електропровідності природної води можна приблизно судити про мінералізацію води за допомогою встановлених залежностей. Ускладнення, що виникають при оцінці сумарного вмісту мінеральних речовин (мінералізації) за питомою електропроводністю, пов'язані з неоднаковою питомою електропроводністю розчинів різних солей, а також з підвищенням електропровідності зі збільшенням температури.

Розмір питомої електропровідності слугує показником сумарної концентрації електролітів, головним чином, неорганічних і використовується в програмах спостережень за станом водного середовища для оцінки мінералізації вод. Питома електропровідність – зручний сумарний індикаторний показник антропогенного впливу.

Температура.Температура води у водоймі є результатом ряду процесів, що одночасно протікають, таких як сонячна радіація, випаровування, теплообмін з атмосферою, перенос тепла течіями, турбулентним перемішуванням вод та ін Зазвичай прогрівання води відбувається зверху вниз. Річні і добові зміни температури води на поверхні і глибинах визначаються кількістю тепла, що надходить на поверхню, а також інтенсивністю і глибиною перемішування. Добові коливання температури можуть складати декілька градусів і звичайно спостерігаються на невеликій глибині. На мілководді амплітуда коливань температури води близька до перепаду температури повітря.

Наприклад, у вимогах до якості води водойм, які використовуються для купанія, спорту і відпочинку, зазначено, що літня температура води в результаті спуска стічних вод не повинна підвищуватися більш, ніж на 3 °С у порівнянні із середньомісячною температурою самого жаркого місяця за останні 10 років. У водоймах рибогосподарського призначення припускається підвищення температури води в результаті спуска стічних вод не більше, ніж на 5 °С у порівнянні з природною температурою.

Температура води – найважливіший фактор, що впливає на фізичні, хімічні, біохімічні та біологічні процеси, що відбуваються у водоймі, від якого значною мірою залежать кисневий режим і інтенсивність процесів самоочіщення. Значення температури використовують для обчислення ступеня насичення води киснем, різноманітних форм лужності, стану карбонатно-кальцієвої системи, при багатьох гідрохімічних, гідробіологічних, особливо лімнологічних дослідженнях, при вивченні теплових забруднень.

Зважені речовини (грубодисперсні домішки). Зважені тверді речовини, присутні в природних водах, складаються з часток глини, піску, мулу, суспендованих органічних і неорганічних речовин, планктону і різноманітних мікроорганізмів.

Концентрація зважених часток пов'язана із сезонними факторами і режимом стоку, залежить від порід, що складають русло, а також від антропогенних факторів, таких як сільське господарство, гірські розробки і т. ін.

Зважені частки впливають на прозорість води і на проникнення в неї світла, на температуру, склад розчинених компонентів поверхневих вод, адсорбцію токсичних речовин, а також на склад і розподіл відкладень і на швидкість осадкоутворення. Вода, у якій багато зважених часток, не підходить для рекреаційного використання за естетичними міркуваннями.

Наприклад, відповідно до вимог до складу і властивостей води водних об'єктів у пунктів господарсько-питного та культурно-побутового призначення вміст зважених речовин у результаті спуску стічних вод не повинен збільшуватися відповідно більше, ніж на 0,25 і 0,75 мг/дм³. Для водойм, що містять у межень більше 30 мг/дм³ природних мінеральних речовин, припускається збільшення концентрації зважених речовин у межах 5%.

Визначення кількості зважених часток важливо проводити при контролі процесів біологічної і фізико-хімічної обробки стічних вод і при оцінці стану природних водойм.

Грубодисперсні домішки визначають гравіметричний методом після їхнього відділення шляхом фільтрування через фільтр «синя стрічка» (переважно для проб із прозорістю менш 10 см).

Органолептичні спостереження. Органолептичні спостереження – це метод визначення стану водного об'єкта шляхом його безпосереднього огляду.

До числа органолептичних показників відносяться ті параметри якості води, що визначають її споживчі властивості, тобто ті властивості, що безпосередньо впливають на органи почуттів людини (нюх, дотик, зір). Найбільш значимі з цих параметрів – смак і запах не піддаються формальному виміру, тому їхнє визначення проводится експертним шляхом.

При органолептичних спостереженнях особлива увага звертається на явища, незвичні для даної водойми або водотоку і часто свідчать про його забруднення: загибель риби та інших водних організмів, рослин, виділення пухирців газу з донних відкладень, поява підвищеної каламутності, посторонніх забарвлень, запаху, цвітіння води, нафтової плівки та ін.

Запах. Запах – це властивість води викликати у людини і тварин специфічне подразнення слизової оболонки носових ходів. Запах води характеризується інтенсивністю, яку вимірюють у балах (табл. 2).

Таблиця 2

Визначення інтенсивності запаху води

Оцінка інтенсивності запаху, бали	Інтенсивність запаху	Характер прояву запаху
0	Ніякого запаху	Відсутність видчутного запаху
1	Дуже слабкий	Запах, що не помічається споживачем, але виявляється спеціалістом
2	Слабкий	Запах, що виявляється споживачем, якщо звернути на це увагу
3	Помітний	Запах, що легко виявляється, може бути причиною того, що вода непридатна для пиття
4	Виразний	Запах, що звертає на себе увану, може змусити утриматися від пиття
5	Дуже сильний	Запах настільки сильний, що робить воду непридатною для пиття

Запах води викликають легкі пахнущі речовини, що надходять у воду в результаті процесів життєдіяльності водних організмів, при біохімічному розкладанні органічних речовин, при хімічній взаємодії компонентів, що містяться у воді, а також із промисловими, сільськогосподарськими і господарсько-побутовими стічними водами.

На запах води впливають склад речовин, що містяться в ній, температура, значення рН, ступінь забруднення водного об'єкта, біологічна обстановка, гідрологічні умови і т. ін.

Наприклад, відповідно до гігієнічних вимог до якості питної води інтенсивність запаху не повинна перевищувати двох балів.

Мутність. Мутність природних вод викликана присутністю тонкодісперсних домішок, зумовлених нерозчинними або колоїднимі неорганічними і органічними речовинами різного походження. Якісне визначення проводять описово: слабка опалесценція, опалесценція, слабка, помітна і сильна муть.

Каламутність води визначають турбідіметричним засобом (за ослабленням проходження через пробу світла) шляхом порівняння проб досліджуваної води зі стандартними суспензіями. Результати вимірювань виражають у мг/дм³ (при використанні основної стандартної суспензії каоліну) або в ЕМ/дм³ (одиниці мутності на 1 дм³ при використанні основної стандартної суспензії формазіна).

Наприклад, відповідно до гігієнічних вимог до якості питної води каламутність не повинна перевищувати 1,5 мг/дм³ по каоліну і 2,6 ЕМ/дм³ по формазіну.

Кольоровість. Кольоровість – це показник якості води, що характеризує інтенсивність забарвлення води й зумовлений вмістом забарвлених сполук, який виражається в градусах платиново-кобальтової шкали. Визначається шляхом порівняння забарвлення досліджуваної води з еталонами.

Забарвлення природних вод обумовлено, головним чином, присутністю гумусових речовин і сполук тривалентного заліза. Кількість цих речовин залежить від геологічних умов, водоносних горизонтів, характеру грунтів, наявності боліт і торфовищ в басейні ріки і т. п. Стічні води деяких підприємств також можуть створювати досить інтенсивне забарвлення води.

Розрізняють «істинний» колір, обумовлений тільки розчиненими речовинами, і «удаваний» колір, викликаний присутністю у воді колоїдних і зважених часток, співвідношення між якими в значній мірі визначається величиною рН.

Висока кольоровість води погіршує її органолептичні властивості і має негативний вплив на розвиток водних рослинних і тваринних організмів у результаті різкого зниження концентрації розчиненого кисню у воді, який витрачається на окислювання сполук заліза і гумусових речовин.

Наприклад, гранично допустима величина кольоровості у водах, які використовуються для питних цілей, складає 20° за платиново-кобальтовою шкалою. За постановою органів санепіднагляду допустимо збільшення цього показника до 35°. Відповідно до вимог якості води в зонах рекреації забарвлення води не повинно виявлятися візуально в стовпчику висотою 10 см.

Прозорість. Прозорість (або світлопропускання) природних вод обумовлена їх кольором і каламутністю, тобто вмістом у них різних пофарбованих і зважених органічних і мінеральних речовин.

В залежності від ступеня прозорості, воду умовно підрозділяють на прозору, слабкопалесціруючу, опалесціруючу, злегка каламутну, каламутну і сильно каламутну. Мірою прозорості служить висота стовпа води, при якій можна спостерігати білу пластину визначених розмірів (диск Секкі), що опускається у водойму, або розрізняти на білому папері шрифт визначеного розміру і типу (як правило, шрифт середньої товщини висотою 3,5 мм). Результати виражаються в сантіметрах із вказанням засобу виміру.

Ослаблення інтенсивності світла з глибиною в каламутній воді призводить до більшого поглинання сонячної енергії поблизу поверхні. Поява більш теплої води в поверхні зменшує перенос кисню з повітря у воду, знижує щільність води, стабілізує стратифікацію. Зменшення потоку світла також знижує ефективність фотосинтезу і біологічну продуктивність водойми.

Визначення прозорості води – обов'язковий компонент програм спостережень за станом водних об'єктів. Збільшення кількості грубодисперсних домішок і каламутності характерно для забруднених і евтрофних водойм.

Водородний показник (рН). Вміст іонів водню (гідроксонію – Н₃О⁺) у природних водах визначається в основному кількісним співвідношенням концентрацій вугільної кислоти і її іонів:

СО₂ + Н₂О – Н⁺ + НСО₃^- – 2Н⁺ + СО₃^2-

Для поверхневих вод, що містять невеликі кількості діоксиду вуглецю, характерна лужна реакція. Зміни pН тісно пов'язані з процесами фотосинтезу (при споживанні СО₂ водною рослинністю вивільняються іони ОН^-). Джерелом іонів водню є також гумусові кислоти, присутні в грунтах.

Наприклад, значення рН у річкових водах звичайно варіює в межах 6,5 – 8,5, в атмосферних опадах 4,6 – 6,1, в болотах 5,5 – 6,0 в морських водах 7,9 – 8,3. Концентрація іонів водню підвернена сезонним коливанням. Зимою розмір рН для більшості річкових вод складає 6,8 – 7,4, влітку 7,4 – 8,2. На величину рН природних вод впливає і геологія водозбірного басейну.

Відповідно з вимогами до складу і властивостей вод у водоймах –джерелах питного водопостачання, водних об'єктів у зонах рекреації, а також водойм рибогосподарського призначення, величина рН не повинна виходити за межі значень 6,5 – 8,5.

Величина рН води – один з найважливіших показників якості вод. Розмір концентрації іонів водню має велике значення для хімічних і біологічних процесів, які відбуваються в природних водах. Від величини рН залежать розвиток і життєдіяльність водяних рослин, сталість різних форм міграції елементів, агресивна дія води на метали і бетон. Величина рН води також впливає на процеси перетворення різноманітних форм біогенних елементів, і змінює токсичність забруднюючих речовин.

В водоймі можна виділити декілька етапів процесу його закислення. На першому етапі рН практично не змінюються (іони бікарбонату встигають цілком нейтралізувати іони Н⁺). Так продовжується до тих пір, поки загальна лужність у водоймі не впаде приблизно в 10 разів, до величини менше 0,1 моль/дм³.

На другому етапі закислення водойми рН води звичайно не піднімається вище 5,5 протягом усього року. Про такі водойми говорять як про помірно кислі. На цьому етапі закислення відбуваються значні зміни у видовому складі живих організмів.

Нa третьому етапі закислення водойми рН стабілізується на значеннях рН <5 (звичайно рН 4,5), навіть якщо атмосферні опади мають більш високі значення рН. Це пов'язано з присутністю гумусових речовин і сполук алюмінію у водоймі і грунтовому шарі.

Природні води в залежності від рН поділяються на сім груп (табл. 3).

Таблиця 3

Групи природних вод в залежності від рН

Група	рН	Примітка
Сильнокислі води	< 3	Результат гідролізу солей важких металів (шахтні води та води рудників)
Кислі води	3-5	Надходження у воду вугільної кислоти, фульвокислот та інших органічних сполук в результаті розкладення органічної речовини
Слабкокислі води	5-6,5	Наявність гумусових кислот в грунті і болотяних водах (води лісової зони)
Нейтральні води	6,5-7,5	Наявність водах Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2
Слабколужні води	7,5-8,5	Наявність уводах Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2
Лужні води	8,5-9,5	Наявність у водах Na2CO3, NaHCO3
Сильнолужні води	9,5	Наявність у водах Na2CO3, NaHCO3

Окислювально-відновлювальний потенціал (Eh).

Окислювально-відновлювальний потенціал – це міра хімічної активності елементів або їх з'єднань в зворотніх хімічних процесах, пов'язаних зі зміною заряду іонів у розчинах. Значення окислювально-відновлювальних (редокс) потенціалів виражаються у вольтах (мілівольтах).

Вивчення редокс-потенціалу дозволяє виявити природні середовища, в яких можливе існування хімічних елементів зі змінною валентністю у визначеній формі, а також виділити умови, при яких можлива міграція металів.

Розрізняють декілька основних типів геохімічної обстановки в природних водах:

• окислювальна обстановка – характеризується значенням Eh + (100-150) мВ, присутністю вільного кисню, а також цілого ряду елементів у вищій формі своєї валентності (Fe³⁺, Мо⁶⁺, As^5-, V⁵⁺, U⁶⁺, Sr²⁺, Cu²⁺, Pb ⁴⁺);

• перехідна окислювально-відновна обстановка визначається величинами Eh + (100-0) мВ, нестійким геохімічним режимом і перемінним вмістом сірководню і кисню (у цих умовах протікає як слабке окислення, так і слабке відновлення цілого pяду металів);

• відновлювальна обстановка – характеризується відємними значеннями Eh. У підземних водах присутні метали низьких ступенів валентності (Fe²⁺, Mn²⁺, Мо⁴⁺, V⁴⁺, U ⁴⁺), а також сірководень.

Кислотність. Кислотність природних і стічних вод визначається їх здатністю зв'язувати гідроксид-іони. Витрата гідроксиду відображує загальну кислотність води. У звичайних природних водах кислотність в більшості випадків залежить тільки від вмісту вільного діоксиду вуглецю. Природну частину кислотності створюють також гумінові й інші слабкі органічні кислоти і катіони слабких основ (іони амонію, заліза, алюмінію, органічних основ). У цих випадках рН води не буває нижче 4,5.

У забруднених водоймах може міститися велика кількість сильних кислот або їхніх солей за рахунок скидання промислових стічних вод. У цих випадках рН може бути нижче 4,5. Частина загальної кислотності, що знижує рН до величин <4,5, називається вільною кислотністю.

Лужність. Під лужністю природних або очищених вод розуміється здатність деяких їхніх компонентів зв'язувати еквівалентну кількість сильних кислот. Лужність обумовлена наявністю у воді аніонів слабких кислот (карбонатів, гідрокарбонатів, силікатів, боратів, сульфітів, гідросульфітів, сульфідів, гідросульфідів, аніонів гумінових кислот, фосфатів). Їх сума називається загальною лужністю.

Лужність визначається кількістю сильної кислоти, необхідної для нейтралізації 1 дм³ води. Лужність більшості природних вод визначається тільки гідрокарбонатами кальцію і магнію, рН цих вод не перевищує 8,3.

Визначення лужності корисно при дозуванні хімічних речовин, необхідних для обробки вод з метою водозабезпечення, а також при реагентному очищенні деяких стічних вод. Визначення лужності при надлишкових концентраціях лужноземельних металів важливо для встановлення придатності води для іригації. Разом із значеннями рН лужність води служить для розрахунку вмісту карбонатів і балансу вугільної кислоти у воді.

Розчинений кисень. Розчинений кисень знаходиться в природній воді у виді молекул О₂. На його вміст у воді впливають дві групи протилежно спрямованих процесів: одні збільшують концентрацію кисню, інші зменшують її. До першої групи процесів, що збагачують воду киснем, варто віднести:

• процес абсорбції кисню з атмосфери;

• виділення кисню водяною рослинністю в процес фотосинтезу;

• надходження у водойми з дощовими і сніговими водами, які, зазвичай, перенасичені киснем.

Абсорбція кисню з атмосфери відбувається на поверхні водного об'єкта. Швидкість цього процесу підвищується зi зниженням температури, з підвищенням тиску і зниженням мінералізації. Аерація – збагачення глибинних шарів води киснем відбувається в результаті перемішування водних мас, у тому числі вітрового, внаслідок вертикальної; температурної циркуляції і т. ін.

Фотосинтетичне виділення кисню відбувається при асиміляції діоксиду вуглецю водяною рослинністю. Процес фотосинтезу протікає тим сильніше, чим вище температура води, інтенсивність сонячного освітлення і більше біогенних (живильних) речовин (Р, N і ін.) у воді. Продуціювання кисню відбувається в поверхневому шарі водойми, глибина якого залежить від прозорості води, яка для кожної водойми і сезону може бути різною: від декількох: сантиметрів до кількох десятків метрів.

До групи процесів, що зменшують вміст кисню в воді, відносяться реакції його споживання на окислення органічних речовин: біологічне (дихання організмів), біохімічне (дихання бактерій, витрата кисню при розкладанні органічних речовин) і хімічне (окислювання Fe²⁺, Mn²⁺, NO₂^-, NH₄⁺, CH₄, H₂S). Швидкість споживання кисню підвищується з підвищенням температури, кількості бактерій та інших водних організмів і речовин, що піддаються хімічнихному і біохімічному окислюванню. Якщо вода за даних показників температури і тиску виявиться пересиченою киснем, то може відбуватися його виділення в атмосферу з поверхневих шарів.

Наприклад, у поверхневих водах вміст розчиненого кисню варіює в широких межах – від 0 до 14 мг/дм³ і схильний до сезонних і добових коливань. Добові коливання залежать від інтенсивності процесів його продукування і споживання і можуть досягати 2,5 мг/дм³ розчиненого кисню.

У зимовий і літній періоди розподіл кисню носить характер стратифікації. Дефіцит кисню частіше спостерігається в водних об'єктах з високими концентраціями забруднюючих органічних речовин і в евтрофікованих водоймах, які містять велику кількість біогенних і гумусових речовин.

Концентрація кисню визначає величину окислювально-відновлювального потенціалу і значною мірою спрямування і швидкість процесів хімічного і біохімічного окислювання органічних і неорганічних сполук.

Кисневий режим надає глибокий вплив на життя водойм. Мінімальний вміст розчиненого О₂, що забезпечує нормальний розвиток риб, складає близько 5 мг/дм³. Зниження його до 2 мг/дм³ викликає масову загибель (замор) риби. Неблагоприємно позначається на стані мешканців водойм і пересичення води киснем у результаті процесів фотосінтезу при недостатньо інтенсивному перемішуванні прошарків води.

Наприклад, відповідно з вимогами до складу і властивостей води водойм у пунктів питного і санітарного водокористування вміст розчиненого кисню в пробі, відібраної до 12 годин дня, не повинен бути нижче 4 мг/дм³ у будь-який період року; для водойм рибогосподарського призначення концентрація розчиненого у воді кисню не повинна бути нижче 4 мг/дм³ у зимовий період (при льодоставі) та 6 мг/дм³ – у літній.

Визначення кисню в поверхневих водах включено до програми спостережень з метою оцінки умов проживання гідробіонтів, у тому числі риб, а також як непряма характеристика оцінки якості поверхневих вод і регулювання процесу очищення стоків. Вміст розчиненого кисню істотний для аеробного дихання і є індикатором біологічної активності (тобто фотосинтезу) у водоймі. Вміст кисню у водоймах з різнем ступенем забрудненості наведений у таблиці 4.

Таблиця 4.

Вміст кисню у водоймах з різним ступенем забрудненості

Рівень забрудненості води і клас якості	Розчинений кисень
	літо, мг/дм3	зима, мг/дм3	% насичення
Дуже чисті (І)	9	14-13	95
Чисті (ІІ)	8	12-11	80
Помірно забруднені (ІІІ)	7-6	10-9	70
Забруднені (VI)	5-4	5-4	60
Брудні (V)	3-2	5-1	30
Дуже брудні (VI)	0	0	0

Відносний вміст кисню у воді, виражений у відсотках його нормального вмісту, називається ступенем насичення киснем. Ця величина залежить від температури води, атмосферного тиску і солоності.

Обчислюється за формулою

М = ((a * 101308)/NP) * 100,

де М – ступінь насичення води киснем, %;

а – концентрація кисню, мг/дм3;

Р – атмосферний тиск в даній місцевості, Па;

N – нормальна концентрація кисню при даній температурі, мінералізації (солоності) і загальному тиску 1 МПа.

Твердість. Твердість води являє собою властивість, залежну від наявності в ній головним чином розчинених солей кальцію і магнію. Сумарний вміст цих солей називають загальною твердістю. Загальна твердість підрозділяється на карбонатну, обумовлену концентрацією гідрокарбонатів кальцію і магнію, і некарбонатну – концентрацію в воді кальцієвих і магнієвих солей сильних кислот. Оскільки при кип'ятінні води гідрокарбонати переходять у карбонати, які випадають в осад, карбонатну твердість називають тимчасовою або усувною. Твердість, що залишається після кип'ятіння, називається постійною. Твердість води зазвичай виражається в мг-екв/дм³.

В природних умовах іони кальцію, магнію та інших лужноземельних металів, що обумовлюють твердість, надходять у воду в результаті взаємодії розчиненого діоксиду вуглецю з карбонатними мінералами та інших процесів розчиненя та хімічного вивітрювання гірських порід. Джерелами цих іонів є також мікробіологічні процеси, які відбуваються в грунтах на площі водозбору, у донних відкладеннях, а також стічні води підприємств.

Твердість води коливається в широких межах. Вода з твердістю менше 4 мг-екв/дм³ вважається м'якою, від 4 до 8 мг-екв/дм³ – середньої твердості, від 8 до 12 мг-екв/дм³ – твердою і вище 12 мг-екв/дм³ – дуже твердою. Загальна твердість коливається від одиниць до десятків, іноді сотень мг-екв/дм³, причому карбонатна твердість становить до 70 - 80% від загальної твердості. Твердість морської води і океанів значно вище (кілька десятків і сотень мг-екв/дм).

Зазвичай переважає твердість, обумовлена іонами кальцію (до 70 %), проте в окремих випадках магнієва твердість може досягати 50-60 %. Твердість поверхневих вод схильна до помітних сезонних коливань, досягаючи зазвичай найбільшого значення в кінці зими і найменшого – в період, повені.

Висока твердість погіршує органолептичні властивості води, надаючи їй гіркуватий смак і діючи на органи травлення.

Наприклад, величина загальної твердості в питній воді не повинна перевищувати 7,0 мг-екв/дм³. Особливі вимоги пред'являються до технічної воді (через утворення накипу). За постановою Головного державного санітарного лікаря для конкретної системи водопостачання можливе збільшення загальної твердості води до 10,0 мг-екв/дм³.

Окіслюваність перманганатна і біхроматна. Це величина, що характеризує вміст у воді органічних і мінеральних речовин, які окислюються одним із сильних хімічних окислювачів за певних умов, називається окислюваністю. Існує кілька видів окислюваності води: перманганатна, біхроматна, йодатна, церієвая. Найбільш високая ступінь окислення досягається методами біхроматной і йодатной обробки води.

Окислюваність виражається в міліграмах кисню, витраченого на окислення органічних речовин, що містяться в 1 дм³ води.

Склад органічних речовин в природних водах формується під впливом багатьох факторів. До числа найважливіших відносяться внутріводомі біохімічні процеси продукування і трансформації, надходження з інших водних об'єктів, з поверхневими та підземними стоками, з атмосферними опадами, з промисловими і господарсько-побутовими стічними водами. Утворені у водоймі і ті, що надходять в нього ззовні, органічні речовини вельми різноманітні за своєю природою і хімічним властивостям, в тому числі по стійкості до дії різних окислювачів. Співвідношення між легко- і важко окислювальними речовинами, що містяться у воді, значною мірою впливає на окислення води в умовах того чи іншого методу її визначення.

У поверхневих водах органічні речовини знаходяться в розчиненому, зваженому і колоїдному станах.

Величини окислюваності природних вод змінюються в межах від часток міліграмів до десятків міліграмів у 1 дм³ води в залежності від загальної біологічної продуктивності водойм, ступеня забрудненості органічними речовинами і сполуками біогенних елементів, а також від впливу органічних речовин природного походження, що надходять з боліт , торфовищ і т. п.

Поверхневі води мають більш високу окислюваність в порівнянні з підземними (десяті й соті частки міліграма на 1 дм³), виключення становлять води нафтових родовищ і ґрунтові води, що живляться за рахунок боліт. Гірські річки і озера характеризуються окислюваністю 2-3 мг О/дм³, рівнинні річки – 5-12 мг О/дм³, річки з болотним харчуванням – декілька десятків міліграмів на 1 дм³.

Окислюваність незабруднених поверхневих вод проявляє достатньо виразну фізико-географічну зональність (табл. 5).

Таблиця 5

Фізико-географічна зональність природних вод

Окислюваність	мг О/дм3	Фізико-географічна зона
Дуже незначна	0-2	Високогірря
Незначна	2-5	Гірські райони
Середня	5-10	Зони широколистяних лісів, степи, напівпустелі і пустелі, а також тундра
Підвищена	15-20	Північна та південна тайга

Окислюваність схильна до закономірних сезонних коливань. Їх характер визначається, з одного боку, гідрологічним режимом і залежним від нього надходженням органічних речовин з водозбору, з іншого – гідробіологічними режимом.

У водоймах і водотоках, які підлягають сильному впливу господарської діяльності людини, зміна окислюваності виступає як характеристика, що відображає режим надходження стічних вод. Для природних малозабруднених вод рекомендовано визначати перманганатну окислюваність; у більш забруднених водах визначають, як правило, біхроматну окислюваність (ХСК).

Наприклад, відповідно з вимогами до складу і властивостей води водних об'єктів у контрольних створах і місцях питного та господарсько-побутового водопостачання величина ХСК не повинна перевищувати 15,0 мг О/дм³; в зонах рекреації у водних об'єктах допускається величина ХСК до 30 мг О/дм³. Перманганатна окислюваність питної води не повинна перевищувати 5,0 мг О/дм³.

В програмах моніторингу ХСК використовується в якості міри вмісту органічної речовини в пробі, яке схильне до окислення сильним хімічним окислювачем (табл. 6). ХСК застосовують для характеристики стану водотоків і водойм, надходження побутових і промислових стічних вод (в тому числі, ступеня їх очищення), а також поверхневого стоку.

Таблиця 6

Величини ХСК у водоймах з різним ступенем забрудненості

Ступінь забруднення (класи водойм)	ХСК, мг О/дм3
Дуже чисті	1
Чисті	2
Помірно забруднені	3
Забруднені	4
Брудні	5-15
Дуже брудні	Більше 15

Для обчислення концентрації вуглецю, що міститься в органічних речовинах, значення ХСК (мг О/дм³) множиться на 0,375 (коефіцієнт, рівний відношенню кількості речовини еквіваленту вуглецю до кількості речовини еквіваленту кисню.

Біохімічне споживання кисню (БСК). Ступінь забруднення води органічними сполуками визначають як кількість кисню, необхідну для їх окслення мікроорганізмами в аеробних умовах. Біохімічне окислення різних речовин відбувається з різною швидкістю. До легкоокислюваних («біологічно м'яких») речовин відносять формальдегід, нижчі аліфатичні спирти, фенол, фурфурол та ін. Середнє положення займають крезоли, нафтоли, ксиленоли, резорцин, пірокатехін, аніоноактивні ПАР та ін. Повільно руйнуються «біологічно тверді» речовини, такі як гідрохінон, сульфонол, неіоногенні ПАР та ін.

У лабораторних умовах поряд з БСК_п (повне БСК) визначається БСК₅ – біохімічна потреба в кисні за 5 суток. У поверхневих водах величини БСК₅ змінюються зазвичай у межах 0,5-4 мг О₂/ дм³ і схильні до сезонних і добовим коливань.

Сезонні коливання залежать, в основному, від зміни температури і від вихідної концентрації розчиненого кисню. Вплив температури позначається через її вплив на швидкість процесу споживання, яка збільшується в 2-3 рази при підвищенні температури на 10 ⁰С. Вплив початкової концентрації кисню на процес біохімічного споживання кисню пов'язаний з тим, що значна частина мікроорганізмів має свій кисневий оптимум для розвитку в цілому і для фізіологічної і біохімічної активності.

Добові коливання величин БСК₅ також залежать від вихідної концентрації розчиненого кисню, яка може протягом доби змінюватися на 2,5 мг О₂/дм³ залежно від співвідношення інтенсивності процесів його продукування і споживання. Дуже значні зміни величин БСК₅ в залежності від ступеня забрудненості водойм (табл. 7).

Таблиця 7.

Величини БСК₅ у водоймах з різним ступенем забрудненості

Ступінь забруднення (клас водойм)	БСК5, мг О2/дм3
Дуже чисті	0,5 - 1
Чисті	1,1 – 1,9
Помірно забруднені	2,0 – 2,9
Забруднені	3,0 – 3,9
Брудні	4,0 – 10,0
Дуже брудні	10,0

Для водойм, забруднених переважно господарсько-побутовими стічними водами, БСК₅ становить зазвичай близько 70% БСК_П.

Визначення БСК₅ в поверхневих водах використовується з метою оцінки вмісту органічних речовин, що біохімічно окислюються, умов проживання гідробіонтів і в якості інтегрального показника забрудненості води. Необхідно використовувати величини БПК₅ при контролі ефективності роботи очисних споруд.

Наприклад, в залежності від категорії водойми величина БСК₅, регламентується наступним чином: не більше 2 мг О₂/дм³ для водойм питного та господарсько-побутового водопостачання і не більше 4 мг О₂/дм³ для водойм рекреаційного водокористування, а також у межах населених пунктів. Для морів (першої і другої категорії рибогосподарського водокористування) п'ятидобова потреба в кисні (БСК₅) при температурі 20 °С не повинна перевищувати 2 мг О₂/дм³.

Забезпечення якості поверхневих і підземних вод, насамперед, слід проводити шляхом здійснення запобіжних заходів з їх охорони та ліквідації причин забруднення і виснаження.