1.3 Физические и химические показатели качества воды.

Для оценки качества воды применяют физические, химические, бактериологи­ческие и технологические методы анализа. При учете динамики состава воды в источниках водоснабжения важно, чтобы данные анализа совпадали с биологическими показателями и отражали качество именно той воды, которая будет поступать в водозабор и направляться на обработку. Поэтому выбор ис­точника водоснабжения и отбор проб из него производят в строгом соответствии с ГОСТом 2761—57 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Правила выбора и оценки качества».

1.3.1 Характеристика физических показателей качества воды

При оценке качества воды источника необходимо знать ее физические показате­ли (температуру, запах, вкус, мутность и цветность).

1. Температура воды. Температура природных вод зависит от их происхождения. Воды подземных источников отличаются постоянством темпе­ратуры, причем с увеличением глубины залегания вод сезонные колебания температуры уменьшаются. Наоборот, температура вод открытых водоемов (рек, прудов, водохранилищ) претерпевает значительные изменения, связанные с нагреванием и остыванием водоемов. Так, температура воды Днепра (возле Киева) изменяется в течение года от 0,1 (зимой) до 28° С (летом). Помимо сезон­ных изменений на температуру воды в отдельных местах открытых водоемов влияет поступление в них подземных вод, а также тепловых выбросов промыш­ленности. Оптимальная температура воды, используемой для питья, составля­ет 7—11° С.

2. Прозрачность или мутность воды. Природные воды, особенно поверхностные, почти никогда не бывают прозрачными из-за на­личия в них взвешенных частиц глины, песка, ила, водорослей и других веществ минерального или органического происхождения.

Рис. 4. Изменение содержания взвешенных веществ в воде Днестра по месяцам

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Месяцы

Причиной мутности речных и озерных вод могут быть составные ча­сти почв и горных пород, вымываемые реками из своего русла, а также та­лые воды и ливневой смыв, т. е. твер­дые осадки, смываемые дождями с поч­вы лесов, полей, лугов и улиц насе­ленных пунктов. Ливневой смыв в период сильных дождей повышает мутность воды в несколько раз. В боль­ших водоемах помутнение воды проис­ходит за счет взмучивания осадков со дна вследствие волнения в ветреную погоду, в результате массового разви­тия одноклеточных водорослей и по другим причинам.

Мутность воды в реках в различные времена года значительно изменяет­ся, причем обычно она резко возрастает весной в период половодья. Наимень­шая мутность наблюдается в зимнее время, когда реки покрыты льдом (рис. 4). Например, Днестр характеризуется двумя повышениями мутности: в апреле-мае причиной является весеннее таяние снега, в июле — выпадение дождей.

Мутность некоторых рек весьма значительна. Большой мутностью характеризуются реки южных районов, в частности реки среднеазиатских рес­публик. Содержание взвешенных веществ в них во время половодий и павод­ков достигает несколько тысяч миллиграммов на 1 л. Реки средней и северной части России, как и многие реки Сибири, имеют значительно меньшую мутность. Иногда повышение мутности воды вызывается выделением твердых частиц различных веществ, например некоторых углекислых солей (за счет уменьше­ния содержания свободной угольной кислоты), гидрата окиси железа¹ (вслед­ствие окисления кислородом воздуха закисных солей железа) и др.

Точное количественное определение взвешенных веществ в воде весовым способом занимает много времени, и в практике чаще применяются методы косвенной оценки: определение прозрачности или мутности воды. При содержании взвешенных веществ менее 3 мг/л определение прозрачности становится затруднительным. В таких случаях определяют мутность воды (понятие, обратное прозрачности), сравнивая испытуемую воду с эталоном в одинаковых условиях освещения.

3. Цветност ь воды. Чистая вода, взятая в малом объеме, бесцветна. В толстом слое она имеет голубовато-зеленый оттенок. Другие оттенки свиде­тельствуют о наличии в ней различных растворенных и взвешенных примесей. Для выяснения природы цветной воды необходимо в каждом конкретном случае установить причину, вызвавшую появление того или иного цвета.

Изменение цветности воды в основном обусловливают органические соеди­нения, которые в природных водах весьма разнообразны. Некоторые из них вхо­дят в состав организмов, населяющих воду, а часть является продуктами их жизнедеятельности или распада. В природной воде установлено присутствие гу­мусовых и дубильных веществ, белково- и углеводоподобных соединений, жиров, органических кислот и витаминов. Иногда источником окрашенных органических соединений в водоемах служат промышленные и бытовые стоки. Коллоидные железистые соединения придают воде оттенки от желтоватых до зеленых.

При иветении водоемов в зависимости от вида организмов вода приобретает , светло-зеленую окраску (при массовом развитии водорослей из группы

протококковых), зеленовато-бурую (при развитии диатомовых), темно-бурую (при развитии перидиниевых) или изумруд­но-зеленую (при развитии синезеленых).

Р ис. 5. Схема строения гумусовых соединений:

А — плоские сетки цик­лически полимеризован-ного углерода;

Б — бо­ковые цепи линейно по-лимеризованного углеро­да

При попадании в воду отходов различных производств цвет ее может значительно изменяться в зависимости от окраски загрязняющих веществ.

Цвет природных вод открытых водоемов чаще всего обусловлен гумусовыми веществами, окрашивающими воду в различные оттенки желтого и бурого цветов. Гу­мусовые соединения представляют собой высокомолеку­лярные вещества, содержащие в своей основе ядра в ви­де плоских сеток циклически полимеризованного угле­рода и боковые цепи линейнополимеризованного углеро­да с атомными (Н, О и др.) и функциональными (ОН, СООН) группами (рис. 5) .

Гумусовые вещества образуются в результате раз­ложения нестойких органических веществ до более про­стых химических соединений и последующего синтеза новых, стойких соединений.

Известно несколько групп гумусовых веществ, отличающихся элементар­ным составом, растворимостью и т. д. В природных водах гумусовые соедине­ния представлены фульво- и гуминовыми кислотами, а также их солями. Ис­точники образования гумусовых веществ в природных водах различны.

В болотных водах основным источником органических веществ являются различные водные растения. В озерах и водохранилищах органические веще­ства образуются за счет растительных и животных организмов, взвешенных в толще воды; частично эти вещества поступают с речными, грунтовыми и болот­ными водами, а также с водами поверхностного стока

Грунтовые воды обогащаются органическими веществами при прохожде­нии через почву. Степень обогащения грунтовых вод гумусовыми веществами зависит от многих причин: гумус подзолистых почв обладает наибольшей от­носительной растворимостью, гумус черноземов — наименьшей, лесные поч­вы занимают промежуточное положение. Растворимость гумуса пахотных земель выше, чем целинных. Изменяется растворимость гумуса и по горизонтам почвы.

Количество органических веществ, образующихся в речных водах, очень не­значительно. Однако, принимая и перемещая дождевые, талые, озерные, болот­ные и грунтовые воды, реки могут приобретать органические вещества различ­ного происхождения в зависимости от относительного вклада каждого такого стока.

Главным источником окрашенных органических веществ в природных во­дах являются почвы и торф. Присутствие органических веществ в воде об­условливает не только определенную цветность, но влияет также на ее про­зрачность, запах и вкус, показатель преломления света, поверхностное натя­жение, биохимическую потребность в кислороде (БПК  количество кислорода, расходу­емого на процессы окисления органических веществ, обусловленные жизнедеятельностью мик­роорганизмов) и его растворимость. Имеются данные, что органические вещества могут быть косвенной при­чиной различных заболеваний, возникающих вследствие связывания этими соединениями редких и рассеянных элементов, необходимых для нормаль­ной физиологической деятельности человеческого организма.

Иногда находящиеся в воде примеси, состоящие из органических и неорга­нических веществ, химически или адсорбционно связаны между собой. Известны устойчивые соединения гумуса с глиной, комплексные органоминеральные соединения с алюминием, фосфором, кремнием, железом и т. д.

В настоящее время водный гумус привлекает внимание многих исследова­телей, которые изучают его фракцион­ный состав, оптические свойства, устой­чивость к воздействию окислителей и адсорбентов, биологическую активность и т. п. Результаты изучения водного гумуса Москвы-реки, Учинского водохранилища, Волги, Дона, Днепра и др. показали, что соотношение отдельных групп гумусовых веществ (гуминовых и фульвокислот) не является постоянной величиной как для различных водоисточников, так и для данного источника в разные времена года. Например, истиннорастворенные фульвокис­лоты зимой в воде Москвы-реки составляли 32% общего содержания гумусовых веществ, летом — 47%, гуминовые кислоты — соответственно 9 и 24%.

Содержание истиннорастворенных фульвокислот в воде Учинского водо­хранилища зимой составляло 80, а летом 46—49%, коллоидные фульвокислоты зимой отсутствовали, летом количество их достигало 39—44%.

При изучении динамики состава гумусовых веществ днепровской воды оказалось, что содержание гуминовых кислот в воде Днепра относительно постоянно и не превышает 8—10% общего содержания гумусовых веществ; 90— 92% приходится на долю истинно- и коллоиднорастворенных фульвокислот (рис. 6).

Рис. 6. Содержание отдельных фракций гумусовых веществ в воде Днепра по ме­сяцам:

1 — гуминовые кислоты; 2 — коллоиднорас-творенные фульвокислоты; 3 — истиннораство-ренные фульвокислоты.