Тема 12. Оцінка стану водних об’єктів.

1.Показники якості води;

2. Методи оцінки якості води;

3.Джерела впливу на водні об’єкти та види забруднення природних вод промисловими стоками.

1. Показники якості води діляться на фізичні, хімічні, бактеріологічні та гідробіологічні. Іншою формою класифікації показників якості води є їх поділ на загальні і специфічні. До загальних відносяться показники, характерні для будь-яких водних об’єктів. Присутність у воді специфічних показників обумовлена місцевими природними умовами, а також особливим антропогенним впливом на водні об’єкти.

До основних фізичних показників якості води відносяться:

Температура води. У водних об’єктах температура є наслідком одночасної дії сонячної радіації, теплообміну з атмосферою, перемішування водних мас та надходження підігрітих вод з зовнішніх джерел. Температура впливає практично на усі процеси, від яких залежить склад і властивості води. Температуру води вимірюють в градусах Цельсія (°С).

Запах води. Запах води створюється за рахунок специфічних речовин, що потрапляють у водойми внаслідок життєдіяльності живих організмів, що мешкають у воді (гідробіонтів); під час розкладання органічних речовин; при хімічній взаємодії активних компонентів, що містяться у воді або надходять з зовнішніх джерел. Запах води вимірюється в балах.

Прозорість води. Прозорість води залежить від ступені розсіювання сонячного світла у воді речовинами органічного і мінерального походження, що знаходяться в завислому стані. Прозорість визначає швидкість протікання біохімічних процесів, які вимагають освітлення. Визначають прозорість в сантиметрах.

Кольоровість. Кольоровість обумовлена вмістом забарвлених органічних сполук. Речовини, що обумовлюють колір води, потрапляють у воду при вивітрюванні гірських порід, з підземними стоками, з антропогенних джерел. Висока кольоровість знижує органолептичні показники води і зменшує вміст розчиненого кисню.

Кольоровість вимірюється в градусах.

Вміст завислих речовин. Джерелами завислих речовин можуть бути ерозії ґрунтів, продукти хімічних реакцій, скаламучення донних відкладів, а також антропогенні джерела. Завислі речовини впливають на глибину проникнення сонячного світла, погіршують умови життєдіяльності живих організмів водойм, призводять до замулення водних об’єктів. Вміст завислих речовин вимірюють в г/м³ або в мг/л.

Бактеріологічні показники характеризують забрудненість води патогенними мікроорганізмами. До найбільш важливих бактеріологічних показників відносяться:

• колі-індекс – кількість кишкових паличок у одному літрі води;

• колі-титр – кількість води в мілілітрах, у якій може бути знайдена одна кишкова паличка;

• чисельність лактозопозитивних кишкових паличок.

Гідробіологічні показники дають можливість оцінити якість води у водоймі по тваринному складу і рослинності. Зміна видового складу водних екосистем може відбуватись навіть при дуже слабкому забрудненні водойми, яке неможливо визначити ніякими іншими методами. Тому гідробіологічні показники вважаються найбільш чутливими.

Існує декілька підходів до гідробіологічної оцінки якості води:

3. Оцінка якості води за рівнем сапробності. Сапробність – це ступінь насичення води органічними речовинами. Згідно цього підходу водні об’єкти або їх окремі дільниці поділяють на полісапробні, α-мезосапробні, β-мезосапробні і олігосапробні. Найбільш забрудненими є полісапробні водні об’єкти. Кожному рівню сапробності відповідає свій набір індикаторних організмів – сапробіонтів. На основі цих організмів і їх кількості вираховують індекс сапробності, за яким визначають рівень сапробності.

4. Оцінка якості води за видовим розмаїттям організмів. При збільшенні ступеня забруднення водних об’єктів видова розмаїтість як правило зменшується. Тому зміни видового розмаїття є показником зміни якості води. Оцінку видового розмаїття здійснюють на основі індексів розмаїття (індекси Маргалефа, Шеннона та ін.).

5. Оцінка якості води за функціональними характеристиками водного об’єкта. При даному підході якість води оцінюють, виходячи з тих функцій, які виконує ця вода – питна, для поливу, технічна та ін. Згідно функціонального призначення якість води може оцінюватись по-різному, виходячи з відповідних показників.

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

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

Розчинений кисень. Основним джерелом кисню в водоймі є газообмін з атмосферою, фотосинтез, а також дощові і талі води, які як правило перенасичені киснем. Основним споживачем кисню є процеси окислення органічних речовин, а також живі організми, що мешкають у водних об’єктах. Низький вміст розчиненого кисню у воді негативно відображається на усьому комплексі біохімічних і екологічних процесів у водному об’єкті.

Хімічне споживання кисню (ХСК). ХСК визначається як кількість кисню, необхідного для хімічного окислення органічних та мінеральних речовин, що містяться в одиниці об’єму води. При визначенні ХСК у воду додають окислювач – біхромат калію. Величина ХСК вказує на забруднення води речовинами-окислювачами, але не дає інформації про склад забруднення. Тому ХСК відносять до узагальнених показників.

Біохімічне споживання кисню (БСК). БСК визначається як кількість кисню, необхідна на біохімічне окислення речовин, що містяться в одиниці об’єму води за певний період часу. В Україні оцінюють БСК за 5 діб (БПК₅) і за двадцять діб (БСК₂₀). БСК теж відносяться до узагальнених показників, оскільки це значення використовується для оцінки загального забруднення води легко окислювальними органічними речовинами.

Водневий показник (рН). В природних водах концентрація іонів водню залежить від співвідношення концентрацій вугільної кислоти та її іонів. Джерелами вмісту іонів водню у воді є також гумінові кислоти, які містяться у кислих ґрунтах і в болотних водах. Від (рН) залежить розвиток водних рослин і характер протікання продукційних процесів.

Азот. Азот може знаходитись в природних водах у вигляді вільних молекул Ν₂ і різних сполук в розчиненому, колоїдному або завислому стані. В загальному азоті виділяють органічну і мінеральну форми. Різні форми азоту можуть переходити одна в другу в процесі кругообігу азоту. Основними джерелами надходження азоту є процеси всередині водойми, газообмін з атмосферою, атмосферні опади, а також антропогенні джерела. Азот відноситься до числа найважливіших біогенних елементів. Однак, високий вміст азоту у водоймах прискорює процеси їх старіння (евтрофікації).

Фосфор. Фосфор у вільному стані в природних умовах не зустрічається. В природних водах фосфор знаходиться у вигляді органічних і неорганічних сполук. Основна маса сполук фосфору знаходиться у воді в завислому стані. Сполуки фосфору потрапляють у воду внаслідок внутрішніх процесів всередині водойми, з донних відкладів, внаслідок розчинення гірських порід, а також від антропогенних джерел. На вміст сполук фосфору у воді впливають процеси його кругообігу. На відміну від азоту кругообіг фосфору не є збалансованим, тому його вміст у воді значно нижчий. Фосфор частіше усього буває тим лімітуючим біогенним елементом, вміст якого визначає характер продукційних процесів у водних об’єктах.

Мінеральний склад. Мінеральний склад визначається по сумарному вмісту головних компонентів – іонів К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-. Основними джерелами підвищення мінералізації є ґрунтові і стічні води. З точки зору впливу на людину і живі організми (гідробіонти), негативними є як високі, так і низькі показники мінералізації води.

До специфічних показників води, які зустрічаються найчастіше, відносяться:

Феноли. Вміст фенолів у воді, крім антропогенних джерел, визначається також метаболізмом живих організмів і біохімічними перетвореннями органічних речовин. Джерелами надходження фенолів у водойми є також гумінові речовини, що утворюються в ґрунтах і торф’яниках. Феноли значно погіршують органолептичні властивості води і негативно впливають на живі організми у водоймі.

Нафтопродукти. До нафтопродуктів відносяться мастила, палива, бітуми та інші речовини, що є сумішшю вуглеводнів різних класів. Джерелами надходження нафтопродуктів у водойми є витікання їх при транспортуванні, видобуванні і переробці, а також забруднені стічні води. Вуглеводні, що входять до складу нафтопродуктів, негативно впливають на живі організми і рослинність водойм, порушують газообмін водного середовища з атмосферою, оказують токсичну дію на організми.

ПАР і СПАР. До поверхнево-активних речовин (ПАР) відносяться органічні речовини, які мають здатність до адсорбції на поверхні розділу «повітря-рідина». В більшості поверхнево-активні речовини мають синтетичне походження (СПАР). СПАР оказують токсичну дію на живі організми водойм і на організм людини, значно погіршують газообмін водного об’єкту з атмосферою, знижують інтенсивність процесів всередині водойми, погіршують органолептичні властивості води. Особливу небезпеку складає властивість СПАР зберігатись у воді дуже тривалий час не розкладаючись.

Пестициди. Пестициди – це велика група штучних хлорорганічних і фосфорорганічних речовин, які застосовують для боротьби з бур’янами, комахами і гризунами. Основним джерелом потрапляння пестицидів до водойм є їх стоки з сільськогосподарських територій. Пестициди є токсичними, мутагенними речовинами, розкладаються дуже повільно і мають здатність акумулюватись.

Важкі метали. До числа найбільш розповсюджених важких металів відносяться свинець, мідь, цинк. Важкі метали мають токсичні і мутагенні властивості, дуже негативно впливають на живі організми, різко знижують інтенсивність біохімічних процесів у водних об’єктах.

Хімічні показники вимірюють в г/м³ або мг/л.

2.Відповідно до «Водного кодексу України» оцінка якості води здійснюється на основі нормативів екологічної безпеки користування водою і екологічних нормативів якості водних об’єктів.

Діючі нормативи дозволяють оцінювати якість води, яку використовують для культурно-побутового, господарського, питного і рибогосподарського користування.

До культурно-побутового водокористування відносять використання водних об’єктів для купання, відпочинку і спорту. До господарського і питного водокористування відносять використання водних об’єктів в якості джерел господарського і питного водопостачання і для постачання води для підприємств харчової промисловості. До рибогосподарського водокористування відносять використання водних об’єктів для розведення риби та інших водних організмів. Водні об’єкти рибогосподарського призначення поділяють на вищу, першу і другу категорії.

Різні дільниці одного водного об’єкту можуть відноситись до різних категорій водокористування.

Нормативну базу оцінки якості води складають загальні вимоги до складу і властивості води і значення гранично допустимих концентрацій речовин у воді водних об’єктів.

Загальні вимоги визначають допустимий склад і властивості води, які оцінюються найбільш важливими фізичними, бактеріологічними і хімічними показниками.

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 об’єднує речовини однакової дії, яка має назву - показник шкідливості. Одна речовина при різних концентраціях може мати різні показники шкідливості. Показник шкідливості, який виявляється при найнижчий концентрації речовини, називають лімітуючим показником шкідливості (ЛПШ). В водних об’єктах комунально-побутового та господарсько-питного водокористування розрізняють три ЛПШ – органолептичний, загально - санітарний і санітарно-токсикологічний. Для водних об’єктів рибогосподарського водокористування, крім того, існують ще два ЛПШ – токсикологічний і рибогосподарський.

Кожний показник шкідливості характеризує ту чи іншу властивість забруднюючих речовин, яка показує шкідливу дію цих речовин, а саме:

• органолептичний показник шкідливості характеризує здатність речовин змінювати органолептичні властивості води (смак, запах, колір тощо);

• загально - санітарний показник шкідливості характеризує вплив речовин на процеси природного самоочищення за рахунок біохімічних і хімічних реакцій за участю природної мікрофлори;

• санітарно – токсикологічний показник характеризує шкідливу дію речовини на організм людини;

• токсикологічний показник шкідливості характеризує токсичність речовин для живих організмів, які живуть у водному середовищі (планктон тощо);

• рибогосподарський показник шкідливості характеризує вплив речовин на погіршення якості промислових риб;

Під час оцінки якості води у водоймах культурно-побутового і господарсько-питного водокористування враховують також клас небезпечності речовин. Його визначають залежно від токсичності, кумулятивності, мутагенності і від лімітуючого показника шкідливості (ЛПШ). Розрізняють чотири класи небезпечності речовин: перший клас – надзвичайно небезпечні; другий – високо небезпечні; третій – небезпечні; четвертий – помірно небезпечні.

При оцінці води враховують принцип односпрямованої дії. Залежно цього принципу належність декількох речовин до одного і того ж ЛПШ проявляється в сумуванні їх негативної дії.

Враховуючи усі ці вимоги, оцінка якості води з точки зору екологічної безпеки водокористування відбувається за наступною методою:

Водні об’єкти рахується придатними до комунально – побутового та господарсько – питного водокористування, якщо одночасно виконуються наступні умови:

• не порушуються загальні вимоги до складу і властивості води для відповідної категорії водокористування;

• для речовин, що належать до третього і четвертого класів небезпеки, виконується умова:

С ≤ ГДК ,

де С – концентрація речовини у водному об’єкті, г/м³ ;

• для речовин, що належать до першого і другого класів небезпеки, виконується умова:

де С_і і ГДК_і відповідно концентрація і ГДК і-тої речовини першого або другого класу небезпеки.

Водні об’єкти рахуються придатними для рибогосподарського використання, якщо одночасно виконуються наступні умови:

• не порушуються загальні вимоги до складу і властивості води для відповідної рибогосподарської категорії;

• для речовин, що належать до одного ЛПШ, виконується умова:

де С_і і ГДК_і відповідно концентрація і ГДК і-тої речовини, що належить до певного ЛПШ.

Норми якості води повинні виконуватися:

• для водотоків комунально – побутового і господарсько – питного водокористування – на дільницях від пункту водокористування до контрольного створу, що розміщується на відстані не менше одного кілометру вище по течії від даного пункту водокористування;

• для водойм комунально – побутового і господарсько – питного водокористування – на акваторії в радіусі не менше одного кілометру від пункту водокористування;

• для водотоків рибогосподарського користування – в межах усієї рибогосподарської дільниці водотоку, починаючи з контрольного створу, який розташований не дальше 500 м нижче по течії від джерела надходження домішок;

• для водойм рибогосподарського призначення – на усієї рибогосподарської дільниці, починаючи з контрольного пункту, який розташований не дальше 500 м від джерела надходження домішок.

3. По своєму походженню джерела забруднення поділяються на природні і антропогенні. До природних джерел забруднення відносять атмосферні (атмосферні опади), гідросферні ( озера, притоки, ґрунтові і підземні води, які формують стоки водного об’єкту) і літосферні (схили русла, що піддаються ерозії). Основними антропогенними джерелами забруднення водних об’єктів є промислові, комунальні, сільськогосподарські і транспортні джерела. До промислових відносять в першу чергу промислові стічні води, звалища промислових відходів, забруднені території підприємств. Комунальні джерела – це господарсько – побутові стічні води, забруднені території населених пунктів, звалища побутових відходів. Сільськогосподарські джерела – це орні поля і огороди, склади міндобрив і пестицидів, тваринницькі комплекси. До транспортних джерел забруднення водних об’єктів відносять в першу чергу транспортні засоби, автошляхи і трубопроводи. Усі ці джерела (крім сільськогосподарських) типові для міських територій. Але сільськогосподарські джерела часто знаходяться в приміський зоні.

Джерела впливу на водні об’єкти поділяються на точкові, площа контакту яких з водним об’єктом суттєво менша площі забрудненої зони цього об’єкту, лінійні, площа контакту яких з водним об’єктом представляє собою лінію, і площинні , вплив яких проявляється рівномірно по усій площі водного об’єкту. Прикладом точкових джерел можуть бути випуски стічних вод з систем водовідведення. Лінійні джерела впливу зустрічаються у вигляді стоків з поверхні водозбору, а також випусків стічних вод скрізь спеціальні розсіювальні пристрої. Площинні джерела впливу – це акваторії портів, стоянки маломірних суден, місця донного видобування корисних копалин (піску, гравію, нафти, газу).

Залежно від часу впливу джерела забруднення бувають постійними, періодичними і епізодичними.

Носіями забруднюючих речовин, як правило, служать стічні, інфільтраційні і підземні води, зворотні води зрошування і дренажні води, поверхневі стоки з забруднених територій, а також атмосферні опади.

Джерела впливу на водний об’єкт можуть призвести до його хімічного, фізичного і біологічного забруднення. Хімічне забруднення відбувається через наднормативний вміст хімічних речовин у воді. Фізичне забруднення характеризується, як правило, підвищенням температури води за рахунок надходження у водойму нагрітих стоків (теплове забруднення) або наявністю радіонуклідів (радіоактивне забруднення). Біологічне забруднення водного об’єкту характеризується надходженням до нього хвороботворних мікроорганізмів, яєць гельмінтів, дрібних водоростей, плісеневих грибків.

Випуски стічних вод промислових підприємств є найбільш суттєвою причиною забруднення водних об’єктів. Кількість, склад і вміст забруднюючих речовин в промислових стоках досить різноманітний і визначається характером технологічних процесів виробництва, системою очисних споруд та рядом інших факторів. Забруднюючи речовини в стоках можуть міститись у грубо дисперсному стані (частинки крупніші за 0,1 мм), у вигляді емульсії або суспензії (частинки від 0,1 мкм до 0,1 мм), у колоїдному стані (частинки від 0,001 мкм до 0,1 мкм) або у розчиненому стані. Інформацію про кількість і склад стічних вод кожне підприємство подає у своїх звітах в органи державної статистики.

Міські стічні води – це суміш господарсько – побутових стічних вод міста і виробничих стічних вод міських підприємств. Як правило, ці стічні води проходять очистку на міських очисних спорудах. На відміну від промислових стоків господарсько-побутові стічні води мають порівняно стабільний склад. Для них характерна перевага органічних забруднюючих речовин над мінеральними і стабільний температурний режим в межах 15-20°С. Кількість міських стічних вод залежить від чисельності населення міста.

Ще одним джерелом забруднення водних об’єктів е наземний і водний транспорт. Забруднюючи речовини від наземних видів транспорту надходять у водні об’єкти разом з поверхневими стоками з території міста, а від водного транспорту – безпосередньо у водний об’єкт. Основним видом забруднювачів від транспорту в водні об’єкти є нафтопродукти, а також сполуки свинцю, феноли і вуглеводні.