Лекційне заняття № 6 Водне середовище міста: оцінка стану та джерела впливу на водні об'єкти

1. Показники якості води.

2. Методики оцінювання якості води.

3. Джерела впливу на водні об'єкти.

Різноманітність видів водокористування породжує і різницю вимог до води. Виходячи з цього, поняття якості води повинно бути ув'язане з її використанням.

Відповідно до Водного кодексу України якість води це характеристика складу і властивостей води, що визначає її придатність для конкретного виду водокористування.

Оскільки не існує єдиного показника, що характеризував би весь комплекс характеристик води, оцінка якості води ведеться на основі системи показників. Показники якості води поділяються на фізичні, бактеріологічні, гідробіологічні і хімічні. Іншою формою класифікації показників якості води є їхній поділ на загальні і специфічні. До загального відносять показники, характерні для будь-яких водних об'єктів. Присутність у воді специфічних показників обумовлено місцевими природними умовами, а також особливостями антропогенного впливу на водний об'єктів. Основним фізичним показникам якості води є:

Температура води. У водних об'єктах температура є результатом одночасної дії сонячної радіації, теплообміну з атмосферою, переносу тепла течіями, перемішування водних мас і надходження підігрітих вод із зовнішніх джерел. Температура впливає практично на всі процеси, від яких залежать склад і властивості води. Температура води виміряється в градусах Цельсія (°С).

Запах. Запах води створюється специфічними речовинами, що надходять у воду в результаті життєдіяльності гідробіонтів, розкладання органічних речовин, хімічної взаємодії компонентів, що містяться у воді, і надходження з зовнішніх (аллохтонних) джерел. Запах води виміряється в балах.

Прозорість. Прозорість води залежить від ступеня розсіювання сонячного світла у воді речовинами органічного і мінерального походження, що знаходяться у воді в завислому і колоїдному стані. Прозорість визначає швидкість протікання біохімічних процесів, що вимагають освітленості (первинне продукування, фотоліз). Прозорість виміряється в сантиметрах.

Кольоровість. Кольоровість води обумовлюється змістом органічних забарвлених сполук. Речовини, що визначають забарвлення води, надходять у воду внаслідок вивітрювання гірських порід, внутріводоймових продукційних процесів, з підземним стоком, з антропогенних джерел. Висока кольоровість знижує органолептичні (смакові) властивості води, зменшує зміст розчиненого кисню. Кольоровість вимірюється в градусах.

Вміст завислих речовин. Джерелами завислих речовин можуть служити процеси ерозії ґрунтів і гірських порід, зкаламучення донних відкладень, продукти метаболізму і розкладання гідробіонтів, продукти хімічних реакцій і антропогенні джерела. Завислі речовини впливають на глибину проникнення сонячного світла, погіршують життєдіяльність гідробіонтів, приводять до замулювання водних об'єктів, викликаючи їх екологічне старіння (евтрофікацію). Вміст завислих речовин вимірюється в г/м³ (мг/л).

Бактеріологічні показники характеризують забруднення води патогенними мікроорганізмами. До числа найважливіших бактеріологічних показників відносять: колі-індекс — кількість кишкових паличок в одному літрі води; колі-титр — кількість води в мілілітрах, у якому може бути виявлена одна кишкова паличка; чисельність лактозопозитивних кишкових паличок; чисельність коліфагів.

Гідробіологічні показники дають можливість оцінити якість води по різноманіттю живих організмів і рослинності водойм. Зміна видовою складу водних екосистем може відбуватися при настільки слабкому забрудненні водних об'єктів, що не виявляється ніякими іншими методами. Тому гідробіологічні показники є найбільш чуттєвими. Існує кілька підходів до гідробіологічної оцінки якості води.

Оцінка якості води за рівнем сапробності. Сапробність — це ступінь насичення води органічними речовинами. Відповідно до цього підходу водні об'єкти (або їх ділянки) у залежності від вмвсту органічних речовин підрозділяють на полісапробні, -мезосапробні, -мезосапробні й олігосапробні. Найбільш забрудненими є полісапробні водні об'єкти. Кожному рівневі сапробності відповідає свій набір індикаторних організмів-сапробіонтів. На основі індикаторної значимості організмів і їхньої кількості обчислюють індекс сапробності. за яким визначається рівень сапробності.

Оцінка якості води за видовою різноманітністю організмів. Зі збільшенням ступеня забруднення водних об'єктів видове piзномаїття, як правило, знижується. Тому зміна видової розмаїтості є показником зміни якості воли. Оцінку видової розмаїтості здійснюють на основі індексів розмаїтості (індекси Маргалефа. Шеннона й ін.).

Оцінка якості води за функціональними характеристиками водного об'єкта. У цьому випадку про якість води судять за величиною первинної продукції, інтенсивності деструкції і деяким іншим показникам.

Фізичні, бактеріологічні і гідробіологічні показники відносять до загальних показників якості води.

Хімічні показники можуть бути загальними і специфічними. До числа загальних хімічних показників якості води відносять:

Розчинений кисень. Основними джерелами надходження кисню у водні об'єкти є газообмін з атмосферою (атмосферна реаерація), фотосинтез, а також дощові і талі води, що, як правило, перенасичені киснем. Окисні реакції є основними джерелами енергії для більшості гідробіонтів. Основними споживачами розчиненого кисню є процеси дихання гідробіонтів і окиснення органічних речовин. Низький вміст розчиненого кисню (анаеробні умови) позначається на всьому комплексі біохімічних і екологічних процесів у водному об'єкті

Хімічне споживання кисню (ХСК). ХСК визначається за кількість кисню, необхідного для хімічного окиснення органічних і мінеральних речовин у природній воді, що містяться в одиниці обєму. При визначенні ХСК у воду додається окисник — біхромат калію. Величина ХСК дозволяє оцінювати забруднення води речовинами, що окиснюються, але не дає інформації про склад забруднення. Тому ХПК відносять до узагальнених

Біохімічне споживання кисню (БСК). БСК визначається за кількість кисню, яка витрачається на біохімічне окиснення органічних речовин, що містяться в одиниці обєму води за визначений період часу. В Україні на практиці ВПК оцінюють за п'ять діб (БСК₅) і двадцять доби (БСК₂₀). БСК₂₀ трактують як повне БСК, ознакою якого є початок процесів нітрифікації в пробі води. БСК також відноситься до узагальнених показників, оскільки воно служить оцінкою загального забруднення води органічними речовинами, які легко окиснюються.

Водневий показник (рН). У природних водах концентрація йонів водню залежить, головним чином, від співвідношення концентрацій вугільної кислоти і її йонів. Джерелами надходження йонів водню у воді є також гумінові кислоти, що присутні у кислих ґрунтах і, особливо, у болотних водах, гідроліз солей важких металів. Від рН залежить розвиток водних рослин, характер протікання продукуючих процесів.

Азот. Азот може знаходитися в природних водах у вигляді вільних молекул N₂ і різноманітних сполук у розчиненому, колоїдному або завислому стані. У загальному азоті природних вод прийнято виділяти органічну і мінеральну форми. Основними джерелами надходження азоту є внутріводоймові процеси, газообмін з атмосферою, атмосферні опади й антропогенні джерела. Різні форми азоту можуть переходити одна в іншу в процесі круговороту азоту. Азот відноситься до числа найважливіших біогенних елементів, які лімітують. Високий зміст азоту прискорює процеси евтрофікації водних об'єктів.

Фосфор. Фосфор у вільному стані в природі не зустрічається. У природних водах фосфор знаходиться у вигляді органічних і неорганічних сполук. Основна маса фосфору знаходиться в завислому стані. Сполуки фосфору надходять у воду в результаті внутріводоймових процесів, вивітрювання і розчинення гірських порід, обміну з донними відкладеннями і з антропогенних джерел. На вміст різних форм фосфору впливають процеси його круговороту. На відміну від азоту круговорот фосфору незбалансований, що визначає його більш низький вміст у воді.

Мінеральний склад. Мінеральний склад визначається за сумарним вмістом семи головних йонів: К⁺, Na⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Cl^-, SО₄^2-, НСО₃^-. Основними джерелами підвищення мінералізації є ґрунтові і стічні води. З погляду впливу на людину і гідробіонти не сприятливими є як високі, так і надмірно низькі показники мінералізації води.

До найбільш специфічних показників якості води, що часто зустрічаються відносять:

Феноли. Вміст фенолів у воді, поряд з надходженням з антропогенних джерел, може визначатися метаболізмом гідробіонтів біохімічною трансформацією органічних речовин. Джерелом надходження фенолів є гумінові речовини, що утворюються в ґрунтах і торфовищах. Феноли впливають на гідробіонти і погіршують органолептичні властивості води.

Нафтопродукти. До нафтопродуктів відносяться палива, мастила, бітуми і деякі інші продукти, що являють собою суміш вуглеводнів різних класів. Джерелами надходження нафтопродуктів є витоки при їхньому видобутку, переробці і транспортуванні, а також стічні води. Незначна кількість нафтопродуктів може виділятися в результаті внутрішньоводоймових процесів. Вуглеводні, що входять до складу нафтопродуктів мають токсичний і, до деякої міри, наркотичний вплив на живі організми, вражаючи серцево-судинну і нервову системи.

ПАР і СПАР. До поверхнево-активних речовин (ПАР) відносять органічні речовини, що володіють різко вираженою здатністю до адсорбції на поверхні розділу "повітря-рідина". У переважній більшості поверхнево-активних речовин, що попадають у воду, є синтетичними (СПАР). СПАР впливають на гідробіонти і людину, погіршують газообмін водного об'єкта з атмосферою, знижують інтенсивність внутрішньоводоймових процесів, погіршують органолептичні властивості води. СПАР відносяться до речовин, які повільно розкладаються

Пестициди. Під пестицидами розуміють велику групу штучних хлорорганічних і фосфорорганічних речовин, що застосовуються для боротьби з бур'янами, комахами і гризунами. Основним джерелом їх надходження є поверхневий і дренажний стоки із сільськогосподарських територій. Пестициди мають токсичну, мутагенну і кумулятивну дію, руйнуються повільно.

Важкі метали. До числа найбільш розповсюджених важких металів відносяться плюмбум, купрум, цинк. Важкі метали мають мутагенну і токсичну дію, різко знижують інтенсивність біохімічних процесів у водних об'єктах.

Хімічні показники виміряються в г/м³, мг/дм³ (мг/л).

Відповідно до Водного кодексу України оцінка якості води здійснюється на основі нормативів екологічної безпеки водокористування й екологічних нормативів якості води водних об'єктів.

Оцінка якості води на основі нормативів екологічної безпеки водокористування. Діючі нормативи дозволяють оцінити якість води, що використовується для комунальнопобутового, господарсько-питного і рибо-господарського водокористування.

До комунально-побутового водокористування відноситься використання водних об'єктів для купання, заняття спортом і відпочинку. До господарсько-питного водокористування відноситься використання водних об'єктів як джерела господарсько-питного водопостачання і для водопостачання підприємств харчової промисловості. До рибогосподарського водокористування відноситься використання водних об'єктів як середовища існування риб і інших водних організмів. Водні об'єкти рибогосподарського призначення підрозділяються на вищі, першу і другу категорії. Різні ділянки одного водного об'єкта можуть відноситися до різних категорій водокористування.

Нормативну базу оцінки якості води складають загальні вимоги до складу і властивостей води і значення гранично припустимих концентрацій речовин у воді водних об'єктів.

Загальні вимоги визначають припустимі склад і властивості води, що оцінюються найбільш важливими фізичними, бактеріологічними й узагальненими хімічними показниками. Вони можуть задаватися у вигляді конкретної величини, зміни величини показника в результаті впливу зовнішніх факторів або у вигляді якісної характеристики показника.

Гранично допустимі концентрації (ГДК) — це встановлений рівень концентрації речовин у воді, вище якого вода вважається непридатною для конкретного виду водокористування. ГДК, як правило, задаються у вигляді конкретного значення концентрації.

Усі речовини за характером свого негативного впливу поділяються на групи. Кожна група поєднує речовини однакової ознаки дії, що називають ознакою шкідливості. Та сама речовина при різних концентраціях може виявляти різні ознаки шкідливості. Ознака шкідливості, що виявляється при найменшій концентрації речовини, називають граничною (лімітуючою) ознакою шкідливості, (ЛОШ). У водних об'єктах комунально-побутового і господарсько-питного водокористування розрізняють три ЛОШ — органолептична, загальносанітарна і санітарно-токсикологічна. У водних об'єктах рибогосподарського водокористування, крім названих, виділяють ще два ЛОШ — токсикологічний і рибогосподарський.

При оцінці якості води у водоймах комунально-побутового і господарсько-питного водокористування враховують також клас небезпечності речовини. Його визначають у залежності від токсичності, кумулятивности. мутагенності і ЛОШ речовини. Розрізняють чотири класи небезпечності речовин: перший — надзвичайно небезпечні; другий — високонебезпечні; третій — небезпечні; четвертий — помірковано небезпечні.

При оцінці якості води враховується принцип адитивності — односпрямованої дії. Відповідно до цього принципу приналежність декількох речовин до тому самому ЛОШ виявляється в складанні їх негативного впливу.

Система екологічної класифікації якості поверхневих вод включає три класифікаційні групи: сольового складу, екологічно-санітарних показників і показників складу і біологічної дії специфічних речовин.

Норми якості води повинні виконуватися: для водотоків комунально-побутового і господарсько-питного водокористування — на ділянках від пункту водокористування до контрольного створу, розташованого на відстані не менш одного кілометра вище за течією від цього пункту водокористування: для водойм комунально-побутового і господарсько-питного водокористування — на акваторії в радіусі не менш одного кілометра від пункту водокористування;

• для водотоків рибогосподарського водокористування — у межах усієї рибогосподарської ділянки водотоку, починаючи з контрольного створу, розташованого не далі 500 метрів нижче за течією від джерела надходження домішок;

• для водойм рибогосподарського призначення — на всій рибогосподарській ділянці, починаючи з контрольного пункту, розташованого в радіусі не більш 500 м від місця надходження домішки.

Оцінка якості води на основі екологічних нормативів. Екологічні нормативи якості води встановлюються для оцінки стану водних об'єктів на основі екологічної класифікації поверхневих вод.

Системний підхід до вивчення якості води водних об'єктів передбачає розгляд їх як відкриті системи, у яких відбувається обмін енергією і речовиною з навколишнім середовищем. Якість поверхневих вод визначається двома групами факторів: зовнішніми впливами у вигляді аллохтонних (тих, що надходять ззовні водного об'єкта) джерел забруднення і внутрішньо водоймових процесів, що включають у себе процеси самоочищення і утворення автохтонних (породжених у самому водному об'єкті) джерел забруднення. Зовнішні джерела впливу класифікуються за походженням, локалізацією, тривалістю впливу, видом носія забруднюючих компонентів і видом забруднення.

За походженням джерела забруднення поділяються на природні й антропогенні. До природних джерел забруднення відносяться атмосферні (атмосферні опади), гідросферні (озера, припливи, ґрунтові і підземні води, що формують стік водного об'єкта) і літосферні (піддані ерозії і вилуговуванню схили русел). Основними антропогенними джерелами забруднення є промислові (скиди виробничих стічних вод, забруднені території підприємств, смітника промислових відходів), комунальні (скиди господарсько-побутових стічних вод, території населених пунктів, смітника побутових відходів), сільськогосподарські (орні поля, городи, тваринницькі підприємства) і транспортні (транспортні засоби, автодороги, трубопроводи). Зазначені джерела впливу, за винятком сільськогосподарських, типові для міських водних об'єктів. Сільськогосподарські джерела забруднення знаходяться в приміській зоні. Літосферні джерела в межах міст частково ізольовані облицюванням берегів.

За локалізацією джерела впливу на водні об'єкти поділяються на точкові, площа контакту яких з водним об'єктом істотно менше площі забрудненої зони цього об'єкта; лінійні, площа контакту яких з водним об'єктом являє собою лінію, і майданні, вплив яких виявляється розосереджений але по площі водного об'єкта. Прикладом точкових джерел забруднення можуть служити скиди стічних вод із систем водовідведения або невеликі припливи. Лінійні джерела впливу зустрічаються у вигляді стоку з поверхні водозбору, скидів стічних вод через спеціальний пристрій, що розсіює, (рассеивающий випуск). Майданні джерела впливу: акваторії портів, стоянки маломірних моторних судів, місця донного видобутку корисних копалин - піску, гравію, нафти, газу й ін.

За тривалістю впливу джерела забруднення бувають постійними, періодичні і епізодичними.

Носії забруднюючих речовин, як правило, стічні, інфільтраційні і підземні води, поворотні води зрошення і дренажні води, поверхневий стік із забрудненої території, атмосферні опади.

Джерела впливу на водний об'єкт можуть приводити до його хімічного, фізичного і біологічного забруднення. Хімічне забруднення виявляється через наднормативний зміст речовин у поверхневих водах. Для фізичного забруднення характерне підвищення температури води за рахунок надходження у водний об'єкт підігрітих вод (теплове забруднення) або наявність радіонуклідів (радіоактивне забруднення). Біологічний вплив на водний об'єкт супроводжується надходженням у нього хвороботворних мікробів, яєць гельмінтів, дрібних водоростей, дріжджових і цвілевих грибів (гидрофлорное забруднення).

Найбільш істотний внесок у забруднення водних об'єктів вносять аллохтонные джерела, особливо антропогенного походження. Основними з них є випуски стічних вод промислових підприємств, випуски міських стічних вод. транспортні джерела забруднення і поверхневий стік із забруднених територій.

Протягом тривалого періоду випуски стічних вод промислових підприємств були самою істотною причиною забруднення водних об'єктів. В даний час природоохоронна політика в Україні, спрямована на обмеження скидання промислових стічних вод у водні об'єкти, аж до заборони скидання неочищених стічних вод у межах міської риси, трохи змінила співвідношення між різними джерелами забруднення. Більш істотну роль у забрудненні міських водних об'єктів придбав забруднений поверхневий стік з урбанізованих територій і територій промислових площадок. Разом з тим вплив промислових стічних вод на якість води водних об'єктів як і раніше досить великий. Кількість, склад і зміст забруднюючих речовин у промислових стічних водах надзвичайно різноманітні і визначаються характером технологічних процесів, складом очисних споруд і поруч інших факторів. Забруднюючі речовини в них можуть утримуватися в грубодисперсном стані (крупность часток більш 0,1 мм), у вигляді емульсії або суспензії (крупность часток від 0.1 мкм до 0.1 мм), у колоїдному стані (частки крупностью від 0.001 до 0,1 мкм) або в розчиненому вигляді. Інформація про кількість і склад стічних вод представляється кожним підприємством у формах державної статистичної звітності.

Міські стічні води являють собою суміш господарсько-побутових стічних вод міста і виробничих стічних вод. Звичайно вони проходять очищення на міських очисних спорудих. На відміну від промислових стічних вод господарсько-побутові мають порівняно стабільний склад. Для них характерні перевага органічних забруднюючих речовин над мінеральними (зразкове співвідношення органічних і мінеральних речовин у неочищених стічних водах складає 5:1) і стійкий температурний режим на рівні 15—20^о Із круглогодично.

Основними транспортними джерелами забруднення є наземний і водний транспорт. Забруднюючі речовини від наземних видів транспорту надходять у водні об'єкти з поверхневим стоком з території міста, від водного транспорту — безпосередньо у водний об'єкт. У процесі експлуатації судів у воду надходять феноли, сполуки свинцю, ароматичні вуглеводні, основною забруднюючою речовиною є нафтопродукти.

Для маломірного флоту орієнтовно питоме надходження у воду нафтопродуктів за годину роботи двигуна і час роботи двигуна за навігаційний період можуть бути прийняті рівними 0,1 кг і 100 годин відповідно.