Общие требования к составу и свойствам воды

Качество и количество питьевой воды являются важнейшими факторами, влияющими на санитарно-эпидемиологическое благополучие населения и здоровье каждого человека. Природная вода из водоемов и водотоков содержит продукты метаболизма гидробионтов, а также различные химические вещества природного и антропогенного происхождения. В воде содержатся биогенные элементы: азот, фосфор, железо, углерод, растворенные газы (кислород, углекислота), токсичные вещества (свинец, ртуть, кадмий, фтор), а также опасные для человека микроорганизмы. Повышенная жесткость вод, содержание минеральных солей, в том числе таких, как хлориды, сульфаты, ионы кальция, магния, является фактором риска возникновения ишемической болезни сердца, хронических гастритов, гипертонической болезни, жёлче- и мочекаменной болезней и других хронических заболеваний.

ВОЗ в своем руководстве по контролю качества питьевой воды (1994 г) отмечает нецелесообразность единых международных нормативов качества питьевой воды и подчеркивает необходимость национальных стандартов ее качества, учитывающих особенности каждого государства и водопользования. В руководстве ВОЗ приведены более 50-ти рекомендуемых нормативов качества питьевой воды. Роль интернационального стандарта выполняют также европейские нормы качества воды.

В Украине в 1996г был разработан новый национальный норматив – ГосСанПиН (Санитарные правила и нормы) «Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды центрального хозяйственно-питьевого водоснабжения», который введен в действие с 2000г.

Этот документ, предназначенный для организаций, эксплуатирующих водопроводы хозяйственно-питьевого назначения, а также для органов и учреждений, осуществляющих государственный надзор за качеством питьевой воды централизованных систем, является нормативным документом нового типа и существенно отличается от прежнего общесоюзного ГОСТа 2874-82.

В документе с одной стороны – расширен перечень нормируемых показателей качественного состава питьевой воды (с 28 показателей в старом ГОСТе до 82 – в новом; для сравнения: в Европе – 63 показателя, США – 83), а с другой стороны – изменен сам подход к организации и проведению лабораторного контроля.

Принцип нормирования качества питьевой воды в новом СанПиНе остался прежним: питьевая вода систем центрального хозяйственно-питьевого водоснабжения должна быть безопасной для здоровья по показателям эпидемической, химической, радиологической безопасности и органолептическим показателям.

Основной идеей СанПиНа является утверждение конкретных новых показателей безопасности питьевой водопроводной воды и порядка контроля за объектами хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Новые достижения в расшифровке целого ряда заболеваний, в которых вода может играть роль фактора передачи, потребовали расширить спектр определяемых микробиологических показателей эпидемиологической безопасности питьевой воды и ввести в новый СанПиН раздел, характеризующий паразитологические показатели.

Впервые в обязательном порядке в питьевой воде вводится определение патогенных бактерий, вирусов и колифагов, а также числа патогенных кишечных простейших и числа кишечных гельминтов.

Кроме того, расширен перечень показателей химической безопасности, ужесточен ряд ПДК химических веществ, установлены показатели радиационной безопасности, впервые введены показатели физиологической полноценности минерального состава (5 показателей).

Состав и свойства воды в створах водопользования ни по одному из приводимых нормативов не должны превышать установленных нормативов. В случае использования водного объекта для различных нужд приоритетными являются более жесткие требования в ряду одноименных показателей.

В табл. 5.1 и 5.2 приведены общие требования к составу и свойствам воды водных объектов разных категорий водопользования.

Таблица 5.1 – Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования

Категория водопользования   Показатели состава и свойства воды водоема	Для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения пищевых предприятий	Для купания, спорта и отдыха населения, а также для водоемов в черте населенных мест
Взвешенные вещества	Содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться больше, чем на:
	0,25мг/л	0,75мг/л
Плавающие примеси (вещества)	На поверхности водоема не должны обнаруживаться плавающие пленки, пятна минеральных масел и других примесей.
Запах, привкусы	Вода не должна приобретать запахи и привкусы интенсивностью более 2-х баллов, обнаруживаемых:
	Непосредственно или при последующем хлорировании непосредственно
Окраска	Не должна обнаруживаться в столбике:
	20 см	10 см
Температура	Летняя температура воды после спуска сточных вод не должна повышаться более, чем на 30С по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет.
Реакция (рН)	Не должна выходить за пределы 6,5…8,5
Минеральный состав	Не должен превышать по сухому остатку 1000 мг/л, в том числе хлоридов 250/л и сульфатов 250 мг/л.	Нормируется по приведенному выше показателю «Привкусы».
Растворенный кислород	Не должен быть менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 часов дня.
Биохимическая потребность в кислороде	Полная потребность воды в кислороде при 200С не должна превышать
	3,0 мг/л	6,0 мг/л
Возбудители заболеваний	Вода не должна содержать возбудителей заболеваний. Сточные воды, содержащие возбудителей заболеваний, обеззараживаются.
Ядовитые вещества	Не должны содержаться в концентрациях, могущих оказать прямое или косвенное вредное действие на организм и здоровье населения.

Таблица 5.2 – Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей

Категория водопользования   Показатели состава и свойства воды водоема	Водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб	Водные объекты, используемые для всех других рыбохозяйственных целей
Взвешенные вещества	Содержание взвешенных веществ, по сравнению с природными, не должно увечиться более чем на:
	0,25 мг/л	0,75 мг/л
Плавающие примеси (вещества)	На поверхности не должны обнаруживаться пленки нефтепродуктов, масел, жиров и других примесей.
Окраска, запахи и привкусы	Вода не должна приобретать посторонних запахов, привкусов и окраски и сообщать их мясу рыб.
Температура	Температура воды не должна повышаться по сравнению с естественной температурой водоема более чем на 50С с общим повышением температуры не более чем до 200С летом и 50С зимой для водоемов, в которых обитают холодноводные рыбы, (лососевые и сиговые) и более, чем до 280С летом и 80С зимой для остальных водоемов.
Реакция (рН)	Не должна выходить за пределы 6,5…8,5
Растворенный кислород	В зимний (подледный) период не должен быть ниже
	6,0 мг/л	4,0 мг/л
	В летний (открытый) период во всех водоемах должен быть не ниже 6 мг/л в пробе, отобранной до 12 ч дня.
Биохимическая потребность в кислороде	Полная потребность воды в кислороде (при 200С) не должна превышать:
	3,0 мг/л	3,0 мг/л
Ядовитые вещества	Не должны содержаться в концентрациях, могущих оказать прямо или косвенно вредное воздействие на рыб и водные организмы, служащие кормовой базой для рыб.

Взвешенные вещества. Взвешенные твердые частицы, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в неё света, на температуру, состав растворенных компонентов, адсорбцию токсичных веществ, на скорость осадкообразования. Взвешенные в питьевой воде вещества не только портят вкус воды, но и служат благоприятной средой для развития болезнетворных бактерий. Поэтому нормы строго ограничивают содержание взвесей в водопроводной воде: их концентрация не должна превышать 1,5 мг/л.

Вода, в которой много взвешенных веществ, не подходит для рекреационного использования по эстетическим соображениям.

Запрещаются к спуску взвеси со скоростью выпадения в осадок более 0,2 мм/с (для водохранилищ) и более 0,4 мм/с (для проточных водоемов).

Запах воды зависит от химического состава ее примесей и от растворенных в ней газов. Различают запахи естественного происхождения (от живущих и отмирающих в воде организмов, влияния окружающих почв и грунтов, срубов колодцев и т.д.) и искусственного происхождения (от случайного попадания промышленных или сточных вод, от реагентов, используемых для обработки воды и др.). Интенсивностьзапаха оценивают в баллах. В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды интенсивность запаха не должна превышать 2-х баллов при температуре 10…60⁰С (табл. 5.3).

Таблица 5.3 – Определение интенсивности запаха воды

Обычно выделяют такие виды запахов: ароматный (цветочный, огуречный), землистый, болотный, гнилой, древесинный, запах плесени, хлорный, нефтяной, фенольный, сероводородный и неопределенный (т.е. непохожий ни на один из перечисленных).

Запах воды, подвергнутой хлорированию, определяют через 30 мин после введения хлора.

Вкус воды различают: горький, кислый, соленый. Все остальные вкусовые ощущения квалифицируются как привкусы.

Вкус воды обусловлен растворенными в ней веществами (табл. 5.4).

Таблица 5.4 –Влияние концентрации растворенных солей на вкус воды

Нередко неприятный привкус и запах сообщают воде продукты разложения животных и растительных организмов, например сероводород аммиак. Напротив, растворенные в воде кислород, диоксид углерода и небольшое количество гидрокарбоната кальция придают ей приятный, освежающий вкус.

Цветность –этопоказателькачества воды, характеризующий интенсивность окраски воды. Цветность природных вод обусловлена, главным образом, присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки и т.п. Сточные воды некоторых предприятий также могут создавать довольно интенсивную окраску воды.

Высокая цветность воды ухудшает её органолептические свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в воде, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ.

Цветность определяют колориметрически путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонной шкалой, имитирующей эту цветность; при этом используют платиново-кобальтовую шкалу. Окраска питьевой воды не должна превышать по этой шкале 20 условных градусов (в отдельных случаях допускается до 35⁰). Один градус цветности отвечает содержанию в 1л раствора 2,49 мг хлорплатината калия и 2,018 мг хлорида кобальта.

Более точным и объективным методом оценки цветности может быть использование спектрального анализа.

Температура воды– важнейший фактор, влияющий на протекающие в водоеме физические, химические, биохимические и биологические процессы, от которого в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения.Влияние температуры в водной среде связано как с растворимостью кислорода, так и других газов. Так, для пресной воды растворимость кислорода при 0⁰С равна 10,2 мл О₂/л, при 30⁰С – 5,5 мл/л и отсюда при более высокой температуре содержание кислорода понижается еще больше. Поэтому с увеличением температуры ухудшаются условия для дыхания водных организмов. Повышение температуры воды водоемов сопровождается резким увеличением активности бактерий, в том числе патогенной микрофлоры, для которой температура 37⁰С является оптимальной.

Увеличение температуры влияет на токсичность железа, марганца, ионов аммония и нитратов, приводит к повышению чувствительности биологических систем к ДДТ и металлам, уменьшению выживаемости рыб в присутствии аммиака, цианидов, тяжелых металлов и увеличению токсичности хлорорганических пестицидов.

С повышением температуры чувствительность многих живых организмов к другим видам загрязнения увеличивается. В слишком теплой воде погибает икра некоторых рыб, другие же, например лосось, вообще не нерестятся.

Возможен буйный рост водорослей, поглощающих кислород. Так, на Атлантическом и Тихоокеанском побережьях появляется зона «цветения» вследствие бурного развития и размножения микроскопических жгутиковых водорослей (1 млн шт. в 1л воды). Некоторые жгутиконосцы выделяют в воду токсины, которые в 80 раз сильнее яда кобры. После «красных приливов» отравление получают десятки тысяч людей, употребляющих в пищу морепродукты.

Для некоторых промысловых рыб пороговые (летальные) температуры составляют 37,0…37,8⁰С, а для большинства водных организмов гибельна и температура 25…35⁰С.

Температура воды влияет на нерест миграции рыб. Причем для каждого вида рыб в зависимости от стадии их развития существуют определенные диапазоны температур. Так, при температуре 15…18⁰С у Калифорнийского побережья вылавливали на 36% больше тунца, чем при 21…24⁰С. Анчоус у побережья Перу отлично ловится при температуре 14…18⁰С, а при ее повышении уловы резко падают. В тоже время при 20…28⁰С возрастает добыча сардины.

Оптимальные температуры нереста: для трески – 2,5…3⁰С, камбалы – 4…7⁰С, скумбрии – 12…15⁰С, макрели – 10…16⁰С, сардины – 9…19⁰С, сельди – 3…12⁰С.

В связи с повышением температуры замедляется подвижность рыб, а, следовательно, и ухудшаются возможности питания.

В этой связи в промышленно развитых странах устанавливают ограничения допустимого повышения температуры воды в водоемах. В Украине – это не >28⁰С в рыбохозяйственных водоемах в контрольном створе (т.е. не более 500м от места выпуска).

При повышении температуры происходит ускоренное накопление в конечных звеньях пищевых цепей таких токсических веществ, как ДДТи ПХВ, а также тяжелых металлов – Pb, Hg, Cd, Co, Ni.

Растворенный кислород.На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов.

Обогащение воды кислородом происходит за счет абсорбции кислорода из атмосферы, выделения кислорода в процессе фотосинтеза и при поступлении в водоемы дождевых и снеговых вод, которые обычно пересыщены кислородом.

Уменьшение содержания кислорода в воде связано с реакциями его потребления на окисление органических и неорганических веществ.

Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и веществ, подвергающихся окислению. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.

Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/л. Понижение его до 2 мг/л вызывает массовую гибель (замор) рыбы. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования содержание растворенного кислорода в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должно быть ниже 4 мг/л в любой период года.

Биохимическое потребление кислорода (БПК).Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с разной скоростью. К легкоокисляющимся („биологически мягким”) веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, анионоактивные ПАВ. Медленно разрушаются „биологически жесткие” вещества: гидрохинон, сульфанол, неионогенные ПАВ и др.

Показателем загрязнения водоемов является величина БПК, которая представляет количество кислорода (мг/л), израсходованное в определенный промежуток времени на собственно биохимическое окисление нестойких органических соединений (за исключением процессов нитрификации). БПК может быть определено за 2, 5, 8, 10, 20 суток и БПК полное (БПК_п). По величине БПК можно судить о количестве органических веществ, содержащихся в воде.

В лабораторных условиях наряду с БПК_п определяется БПК₅. В поверхностных водах величины БПК₅ изменяются обычно в пределах 0,5…4 мг О₂/л и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Весьма значительны изменения величин БПК₅ в зависимости от степени загрязненности водоемов. Так, для очень чистых водоемов БПК₅ составляет 0,5…1,0 мг О₂/л, а для очень грязных – 10 мг О₂/л и более. Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК₅ составляет обычно около 70% БПК_п. Для водоемов питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения величина БПК₅ не должна превышать 2 мг О₂/л.

Полным биохимическим потреблением кислорода (БПК_п) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается. Для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК₂₀ ,считая, что эта величина близка к БПК_п.

Окисляемость и величина ХПК. Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: бихроматная, перманганатная, йодатная.

Бихроматная окисляемость (ХПК) – это количество кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1л воды ( мг О₂/л ).

Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли мг на 1л). Горные реки и озера имеют окисляемость 2…3 мг О₂/л, равнинные реки – 5…12 мг О₂/л.

Окисляемость подвержена закономерным сезонным колебаниям. Их характер определяется, с одной стороны, гидрологическим режимом и зависящим от него поступлением органических веществ с водосбора, с другой – гидробиологическим режимом.

В водоемах, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных малозагрязненных вод рекомендуется определять перманганатную окисляемость; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных объектов в контрольных створах и местах питьевого и хозяйственно – бытового водоснабжения величина ХПК не должна превышать 15 мг О₂/л; в зонах рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30 мг О₂/л. Перманганатгая окисляемость питьевой воды не должна превышать 5 мг О₂/л.

По соотношению БПК_полн/ХПК судят об эффективности биохимического окисления веществ. Чем глубже происходит окисление данной примеси, тем выше показатель БПК_п/ХПК. При отношении БПК_п/ХПК=0,5 и более вещества поддаются биохимическому окислению.

Биохимический показатель является параметром, необходимым для расчета и эксплуатации промышленных сооружений для очистки сточных вод. Его значение колеблется в широких пределах для различных групп сточных вод. Промышленные сточные воды имеют низкий биохимический показатель (0,05…0,3), бытовые сточные воды – свыше 0,5.