Зони сапробності

Будь-яке водоймище – це складна біологічна система з різноманітними мешканцями. Зміна ступеню забруднення водоймища веде до зміни умов існування водних організмів і зміни їх видового складу. У кожному водоймищі виникають зони з різною ступінню забруднення. В процесі самоочищення концентрація забруднень і ступінь мінералізації змінюються. Зони водоймища з різною ступінню мінералізації органічних речовин визначають розвиток відповідних водних організмів (сапробіонтів) і називаються зонами сапробності (сапробність – ступінь насичення води органічними речовинами). Розрізняють полі-, мезо– і олігосапробні зони.

Полісапробна зона – зона найсильнішого забруднення. У ній різко виражені гнильні анаеробні процеси, т. е. процеси розкладання білків, амінокислот і інших органічних азотистих речовин, а також бродіння вуглеводів, пектинових речовин і т.п. У цій зоні розвиваються організми, стійкі до підвищених концентрацій органічних речовин і продуктів обміну, – кислот, сірководню, метану, аміаку, вуглекислого газу. У полісапробній зоні майже повністю відсутній кисень, тому переважають анаеробні процеси.

У мезосапробній зоні тривають процеси мінералізації речовин і починають переважати процеси аеробного окислення. Зменшення загальної кількості органічних речовин в цій зоні обумовлює посилене окислення аміаку з утворенням нітритів і нітратів, а також утворення сульфатів з сірководню. Вода полі- і мезосапробної зон водоймища містить велику кількість мікроорганізмів.

Олігосапробна зона – це зона чистої води, позбавленої органічних речовин. Вона містить мало мікроорганізмів. Нітрити, нітрати і сульфати в ній також майже не утворюються. Найбільш значні тут процеси окислення солей заліза (II) під впливом залізобактерій, які є показником олігосапробної зони.

7.4. Нормативні вимоги до якості води

Під забрудненістю розуміють такий стан водного об’єкту, при якому спостерігається відхилення від норми в бік збільшення вмісту тих або інших компонентів. Критерієм забрудненості води слугує погіршення її якості внаслідок зміни її фізичного складу, органолептичних властивостей і вмісту шкідливих речовин для людей та рослинних і тваринних організмів, а також підвищення температури води, що несприятливо впливає на умови життєдіяльності водних організмів.

Поняття “забрудненість води” не є абсолютним. Воно відноситься до певного місця водойми і до конкретного водокористувача. Тому водний об’єкт поза місцем водокористувача не вважається забрудненим, навіть в випадку повної руйнації екосистеми внаслідок скиду шкідливих речовин.

Лімітуючі показники шкідливості забруднювальних домішок у стічних водах встановлюють за органолептичними, токсикологічними, радіологічними, санітарно-гігієнічними, санітарними та бактеріологічними показниками.

Органолептичні показники визначають за запахом, смаком, забарвленістю, завислими речовинами, спливаючими речовинами, рН, мутністю, загальною твердістю, загальною мінералізацією, сухим залишком, вмістом магнію, марганцю, заліза, хлоридів, сульфатів, нафтопродуктів тощо.

Температура води має велике значення при використанні її у виробничих процесах (на охолодження, живлення парових котлів тощо).

Температура води поверхневих джерел залежить від температури повітря, його вологості, швидкості й характеру руху води, ряду інших факторів.

Для господарсько-питних потреб температура повинна знаходитись у межах 5–16С. Таку температуру мають підземні води не дуже глибокого залягання; в річках температура води коливається в межах 0–25С.

Каламутність води обумовлюється наявністю в ній зважених речовин. Каламутність питної води не повинна перевищувати 2 мг/л і відповідно до цього її прозорість має бути не менше 30 см шару за шрифтом.

Прозорість води. Важливим показником є прозорість води, яка обумовлює інтенсивність фотосинтезу, глибину проникнення світла в товщу води. Питна вода повинна бути прозорою, не містити суспензованих часточок, які спричиняють каламутність.

Запах води. Властивість води викликати у людини і тварин специфічне подразнення слизової оболонки носових проходів обумовлена її запахом. Якісна вода запаху не має. Наявність запаху обумовлюється як біологічними факторами (живими й відмерлими організмами, рослинними залишками, специфічними речовинами, що виділяються деякими водоростями й мікроорганізмами), так і наявністю хімічних речовин (присутність у воді розчинних газів – хлору, аміаку, сірководню, меркаптанів або органічних і хлорорганічних забруднень). Тому запах може бути природний і штучний. Природними вважають запахи землі, болота, трави, дерева, риби. Запах штучного походження називають за відповідними речовинами, що знаходяться у воді: фенольний, хлорфенольний, камфорний, бензиновий, смолистий, хлорний тощо.

Смак води. Розрізняють чотири головні смакові відчуття: кисле, солоне, гірке і солодке. Всі інші смакові відчуття називають присмаками (в’яжучий, гірко-солоний, лужний, терпкий, металевий). Природні води мають, як правило, тільки солонуватий або гіркуватий присмак. Солоний смак обумовлений вмістом хлориду натрію, гіркий – сульфату магнію. Кислий смак воді надає велика кількість розчинної вуглекислоти. Вода може мати також чорнильний або залізистий присмак, викликаний солями заліза й марганцю, або в’яжучий, викликаний сульфатом кальцію. Неприємний присмак зумовлюють продукти розпаду органічних речовин, стічні води, флора і фауна в період їх розвитку. Підземні води часто мають специфічний присмак, який залежить від наявності заліза, марганцю, магнію, натрію, калію, хлору. Інтенсивність смаку оцінюють описово або за 5-бальною системою.

Спливаючі речовини. Стічні води не повинні містити мінеральних масел та інших спливаючих речовин у таких кількостях, які здатні утворювати на поверхні водойми плівку, плями тощо.

Мінеральний склад. Визначається за вмістом неорганічних речовин, зокрема хлоридів, сульфатів та інших мікрокомпонентів. Питна вода повинна містити не більше 1 г/л (в деяких випадках допускається 1,5 г/л) солей.

Показник водневих іонів (рН) – являє собою десятковий логарифм абсолютної концентрації водневих іонів (водневе число), узятий зі зворотним знаком, тобто рН – lg(H). Водневим числом називається концентрація водневих іонів будь-якого розчину, виражена в грам-іонах на літр розчину. Величина рН – один з найважливіших показників якості води. Від її величини залежать розвиток і життєдіяльність водоростей, стійкість різних форм елементів, агресивна дія води на метали і бетон. Величина рН води також впливає на процеси перетворення різних форм біогенних елементів, змінює токсичність забруднюючих речовин.

Твердість води. Властивість природної води, що залежить від наявності в ній, головним чином, лужноземельних металів кальцію і магнію та їх солей.

Лужноземельні метали, зв’язані із слабкою вугільною кислотою, утворюють тимчасову або так звану карбонатну твердість, а зв’язані із сильними кислотами (сірчаною і соляною) утворюють сульфати та хлориди кальцію і магнію, що створює постійну твердість (CaSO₄, CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂). Загальна твердість складається із суми карбонатної і постійної твердості.

У природних умовах іони кальцію, магнію та інших лужноземельних металів, що спричиняють твердість води, надходять у воду в результаті взаємодії розчиненого діоксиду вуглецю з карбонатними мінералами та в результаті інших процесів розчинення і хімічного вивітрювання гірських порід. Джерелом цих іонів є також мікробіологічні процеси, що протікають у ґрунтах на площі водозбору, у донних відкладеннях, а також у стічних водах різних підприємств.

Твердість води вимірюється в міліграмеквівалентах на 1 л води (мг-екв/л). М’якою вважається вода із твердістю 1,5–3,0 мг-екв/л, помірно твердою – 3–6, твердою – 6–9 і дуже твердою – понад 9 мг-екв/л.

Зазвичай переважає твердість, обумовлена іонами кальцію (до 70 %), однак в окремих випадках магнієва твердість може досягати 50–60 %.

Висока твердість води погіршує її органолептичні властивості, надаючи їй гіркуватого смаку і впливаючи на органи травлення.

Токсикологічні показники води визначають за вмістом фтору, ПАР (поверхнево-активних речовин), фенолу, ціаніду, міді, свинцю, цинку, хлору, нікелю.

Санітарно-гігієнічну оцінку води проводять за наявністю у ній солей азотовмісних сполук – азотної HNO₃ і азотистої HNO₂ кислот і аміаку NH₃ органічного походження. Наявність аміаку, як продукту розпаду органічних речовин у воді, вказує на свіже забруднення, наявність солей азотистої кислоти – на відносно недавнє забруднення, а наявність азотної кислоти – на вже ліквідоване забруднення. Воду із вмістом аміаку і азотистих сполук не можна використовувати для господарсько-питних потреб.

Радіологічні показники води контролюють за вмістом радіонуклідів цезію-137, стронцію-90 та сумарною бета-активністю.

Санітарні показники оцінюють за вмістом розчиненого кисню, хімічним споживанням кисню (ХСК) та біологічним споживанням кисню (БСК).

Вміст розчиненого кисню. Чисті, незабруднені води відкритих водойм зазвичай насичені киснем. Глибинні підземні води, як правило, не містять кисню і швидко поглинають його при контакті з повітрям.

Розчинність у воді кисню залежить від її температури, атмосферного тиску, парціального тиску кисню, сольового складу води та її забрудненості органічними речовинами. З підвищенням температури води кількість розчиненого у ній кисню зменшується. У кип’яченій воді кисню немає зовсім. З підвищенням атмосферного тиску (або парціального тиску кисню) кількість кисню, розчиненого у воді, збільшується.

Чим більше забруднена вода, тим більша кількість кисню витрачатиметься на окислення органічних речовин і тим менше розчиненого кисню міститиметься у воді. Вміст розчиненого кисню – дуже важливий показник при санітарній оцінці води відкритих водойм. У поверхневих шарах незабруднених річок, озер, водосховищ загальна кількість розчиненого кисню повинна бути дещо меншою від тієї кількості, яка може розчинятися за певних температури і тиску. Порівнюючи визначену при дослідженні кількість розчиненого у воді кисню з кількістю, яка повинна міститися за даних умов, можна зробити висновок про ступінь забруднення води відкритих водойм.

Якісна питна вода при середній температурі містить 6–8 мг/л кисню. При зниженні вмісту кисню у воді до 4 мг/л втрачається її властивість до самоочищення, а при вмісті 1 мг/л – призводить до масової загибелі риби.

За хімічним складом і кількістю домішок у воді розраховують потребу в кисні на окиснення і визначають ступінь загрози евтрофікації. Для цього використовують такі показники, як:

Хімічне споживання кисню – це кількість міліграмів кисню, яка необхідна для хімічного окиснення органічних та неорганічних сполук, що містяться в 1 дм³ води, що аналізується. Хімічне споживання кисню в пітній воді не нормується.

Біологічне споживання кисню – кількість міліграмів кисню, що витрачається за певний проміжок часу на аеробне біохімічне окиснення (розклад) нестійких органічних сполук, що містяться в 1 дм³ води, що аналізується.

Бактеріологічні показники при оцінці якості води визначають за мікробним числом (загальна чисельність бактерій в 1 см³ води) та колі-індексом (кількість кишкових паличок в 1 см³ води) або колі-титром (об`єм води в кубічних сантиметрах, що припадає на одну кишкову паличку).

У таблиці 7.1. розглянуті загальні вимоги до складу та властивостей води, що скидається у відкриті водойми господарсько-питного та культурно-побутового призначення.

Таблиця 7.1. Загальні показники якості промислових вод, що скидаються у відкриті водойми господарсько-питного та культурно-побутового призначення

Показники складу та властивостей води	Категорії водокористування
	Для господарсько-питного водопостачання	Для купання, спорту та відпочинку населення
Завислі речовини	Вміст завислих речовин не повинен збільшуватися більш, ніж на:
	0,25 мг/дм3	0,75 мг/дм3
Плаваючі домішки	На поверхні водойми не повинно бути плаваючих плівок, плям мінеральних масел та скупчень інших домішок
Запахи	Вода не повинна набувати невластивих їй запахів інтенсивністю більше 1 бала
Колір	Не повинен виявлятися у стовпчику
	20 см	10 см
Температура	Літня температура води внаслідок спуску стічних вод не має перевищуватися більш ніж на 3 С порівняно із середньомісячною, а зимня – більш ніж на 5 С
Водневий показник (рН)	6,5	8,5
Мінеральний склад	Не повинен перевищувати з сухим залишком 1000 мг/дм3, в т.ч. хлоридів – 350 мг/дм3, сульфатів – 500 мг/дм3
Розчинений кисень	Не має бути меншим за 4 мг/дм3 у будь-який період року у пробі, взятій о 12 годині дня
БСКповне	Не має перевищувати при 20С
	3,0 мг О2/дм3	6,0 мг О2/дм3
ХСК	Не має перевищувати
	15,0 мг О2/дм3	30,0 мг О2/дм3
Збудники захворювань	Вода не має містити збудників захворювань
Лактопозитивні кишкові палички	Не більше 10000 в 1 дм3	Не більше 5000 в 1 дм3
Коліфаги у бляшкоутворюючих одиницях	Не більше 100 в 1 дм3	Не більше 100 в 1 дм3
Життєздатні яйця гельмінтів та найпростіших кишкових	Не повинні міститись в 1 дм3
Хімічні речовини	Не мають міститись в концентраціях, що перевищують ГДК або ОДР (орієнтовно допустимі рівні)