Качество воды и примеси химических соединений

Одним из наиболее важных показателей для воды является содержание различных примесей в виде неорганических и органических соединений. Количество таких нормируемых загрязнителей постоянно растет. Так, в 1944г. в СССР нормировалось содержание в воде 13 соединений, в 1960 – 70, 1967 – 180, 1973 – 250, 1980 – 500, 1985 –2500. Рассматривая примеси питьевой воды, способные оказывать влияние на здоровье человека, основной упор приходится сделать на вещества, попадающие в воду в связи с хозяйственной деятельностью – антропогенные загрязнения. Правда, некоторые из них, прежде всего металлы, могут попадать в воду как в связи с природными процессами, так и с антропогенными воздействиями на окружающую среду.

Так, например железо может содержаться в воде водоисточника, но попадать в питьевую воду оно может и как продукт коррозии металлических трубопроводов; алюминий может также содержаться в воде водоисточника (как один из наиболее распространенных металлов земной коры!), однако он может оказаться в воде в связи с применением его соединений для коагуляции воды на насосно-фильтровальных станциях (при очистке воды).

Отечественная санитарная токсикология рассматривает, как правило, вредоносное действие металлов, концентрация которых превышает нормы ПДК (применительно к фтору рассматривается и недопустимость малых его концентраций!). Обычно токсический эффект действия металлов, содержащихся в воде, развивается постепенно, поскольку и повышенные концентрации этих веществ в воде сравнительно малы, чтобы вызвать острое отравление. Например, бытует мнение, что применение в древнем Риме свинцовых водопроводных труб и, следовательно, использование питьевой воды с повышенной концентрацией свинца привело к массовым хроническим интоксикациям и повлияло на судьбу целой цивилизации. Во всяком случае, в тканях останков древних римлян установлено повышенное содержание свинца.

Сейчас мы знаем, что накопление свинца в организме вызывает заболевания нервной и кровеносной систем организма, а также способствует развитию раковых заболеваний, обладает слабым мутагенным эффектом.

Установлено, что другие металлы и элементы также вызывают различные заболевания. Так, повышенные концентрации кадмия и хрома в питьевой воде могут вызвать заболевания почек; меди – желудочно-кишечного тракта; ртути – центральной нервной системы, выделительной и кровеносной систем; цинка – двигательного аппарата (мышц), расстройство деятельности желудка; мышьяка – заболевания почек, печени, легких, сердечно-сосудистой системы; селена – кишечника, печени, почек, появление кровотечений; бериллия – органов кроветворения, нервной системы.

Эти данные явились основанием для разработки специальных мер по ограничению возможности попадания в воду соответствующих металлов.

Кроме того, стандартом нормируется содержание химических веществ, влияющих на органолептические свойства воды. К этой группе показателей качества питьевой воды отнесены: железо – 0,3 мг/л; марганец – 0,1 мг/л; медь – 1,0 мг/л; цинк – 5 мг/л; полифосфаты – 3,5 мг/л.

Химические примеси раньше всего обнаруживают наши органы чувств – зрение, обоняние. Так, микрочастицы меди придают воде мутность, железа – красноту. Железо, содержащееся в воде, не угрожает нашему здоровью, но придает ей неприятный вкус; кроме того, при стирке на тканях остаются ржавые пятна. Такие же пятна появляются на посуде, раковинах и ваннах.

Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. Весьма значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.

Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме.

В чистых поверхностных природных водах концентрация железа составляет около 0,01 мг/л, в отдельных регионах она достигает 25 мг/л. В промышленных сточных водах содержание железа составляет 2…7 г/л.

Механизм вредного воздействия железа на рыб заключается в том, что гидроксид железа Fe(OH)₃ осаждается на слизистой оболочке жабр, закупоривает и разъедает их. Железо губительно действует на микрофлору очистных сооружений сточных вод, задерживает образование активного ила и сбраживание осадка в метантенках

Содержание железа в воде выше 1…2 мг/л значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус и делая малопригодной для использования в технических целях. ПДК железа составляет 0,3 мг/л.

В подземных водах присутствие меди обусловлено взаимодействием воды с медьсодержащими минералами (халькопирит, малахит, азурит, ковеллин и др). Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды. Существенное загрязнение природной среды медью происходит вследствие применения в растениеводстве хорошо растворимых солей меди. Медь может появляться в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения.

В чистых природных водах содержание меди не превышает 0,001…0,01 мг/л, повышение её концентрации до 0,2 мг/л и более вызывает гибель отдельных видов рыб (окунь, лосось и др.). Дафнии погибают при содержании меди 1 мг/л и более. Ингибирование роста водных растений наблюдается при концентрации меди порядка 0,1 мг/л. Загрязнение хозяйственно-бытовых сточных вод соединениями меди более чем 1 мг/л тормозит их биологическую очистку на очистных сооружениях.

Медь играет важную роль в метаболизме железа. Токсичность её объясняется нарушением транспорта железа и образования гемоглобина.

ПДК меди в воде – 1 мг/л, в рыбохозяйственных водоемах – 0,001 мг/л.

Цинк попадает в природные воды в результате протекающих в природе процессов разрушения и растворения горных пород и минералов (сфалерит, цинкит, госларит), а также со сточными водами рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств минеральных красок и пергаментной бумаги.

Концентрация цинка в природных водах составляет 1…10 мг/л. В загрязненных природных водах содержание цинка достигает 100…160 мг/л. Его концентрация 0,4 мг/л вызывает гибель колюшки и дафний, лососевые виды рыб погибают при содержании цинка 0,05 мг/л.

Избыток цинка вызывает у животных снижение содержания в печени меди. Многие соединения цинка токсичны, прежде всего, сульфат и хлорид. В водной среде токсичность цинка усиливают ионы меди и никеля. Хронические отравления цинком не известны. При концентрации цинка 30 мг/л вода приобретает молочный вид, при 10 мг/л – она мутная. Металлический привкус исчезает при 5 мг/л. Эта концентрация и принята в качестве ПДК. В рыбохозяйственных водоемах ПДК иона цинка составляет – 0,01 мг/л.

В поверхностные воды марганец поступает в результате выщелачивания железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец (пиролюзит, браунит, манганит и др.). Значительные количества марганца образуются в процессе разложения водных животных и растительных остатков, особенно сине-зеленых, диатомовых водорослей и высших водных растений. Соединения марганца выносятся в водоемы со сточными водами марганцевых обогатительных фабрик, металлургических заводов, предприятий химической промышленности и с шахтными водами.

В незагрязненных природных водах концентрация марганца колеблется в пределах 1…150 мкг/л. Для водных организмов марганец относительно мало токсичен: ЛК₅₀ (см.раздел 8.1) для дафнии 50 мг/л, для форели 100 мг/л, карпа 650 мг/л.

В природных водах марганец (Mn⁺²) содержится в виде бикарбонатов и сульфатов. Катион Mn⁺⁷ в природных водах не встречается. Вместе с тем, перманганат калия применяют в практике водоснабжения как реагент: он хорошо устраняет посторонние привкусы и запахи, обусловленные различными органическими соединениями, а также снижает содержание железа. Перманганат калия используют в качестве альгицидного средства, обеспечивающего гибель водорослей, которые забивают фильтры или вызывают появление запахов и привкусов в воде. Помимо дезодорирующего и альгицидного действия, перманганат калия проявляет и бактерицидный эффект.

В технологических процессах Mn⁺⁷ переходит в 2-х и 4-х – валентные формы: Mn⁺⁴ практически нерастворим в воде и задерживается на фильтрационных установках, остаточные количества ионов Mn⁺² могут обнаруживаться в питьевой воде.

Изучение влияния 7-ми валентного иона марганца на органолептические свойства воды вскрыло ведущий признак в этом отношении – изменение окраски воды. По этому признаку пороговой, определенной в столбе воды высотой 20см, является концентрация перманганата калия 0,1 мг/л. При концентрации марганца в воде 0,5 мг/л опущенная в нее ткань после стирки приобретает слабо выраженный коричневый оттенок. При концентрации 0,1 и 0,05 мг/л разницы между контрольными и обработанными образцами ткани не было. Допустимое остаточное количество марганца в воде при полном переходе из семивалентного состояния в 4-х и 2-х валентное и с учетом его неблагоприятного действия на белье не должно превышать 0,1 мг/л (это ПДК).

Токсичность марганца не зависит от валентности иона. Недействующей концентрациейвсех соединений марганца (по влиянию на здоровье людей) является концентрация 2 мг/л в пересчете на ион марганца. Более высокие концентрации марганца вызывают изменения со стороны высшей нервной деятельности, усиливают накопления фосфора в костях, уменьшая его выделение с мочой. Кроме того, происходит снижение активности ферментов крови.

Присутствие никеляв природных водах обусловлено составом пород, через которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений сульфидных медно-никелевых и железо-никелевых руд. В воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде. Повышенное по сравнению с другими типами водорослей содержание никеля обнаружено в сине-зеленых водорослях. Соединения никеля поступают в водные объекты также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Значительные выбросы никеля сопровождают процессы сжигания каменного угля и мазута.

Растворенные формы соединений никеля представляют собой главным образом комплексные ионы, наиболее часто с аминокислотами, гуминовыми и фульвокислотами, а также в виде прочного цианидного комплекса. Наиболее распространены в природных водах соединения Ni⁺².

Никель принадлежит к числу канцерогенных металлов. Он способен вызывать респираторные заболевания. Считается, что свободные ионы Ni⁺² примерно в два раза более токсичны, чем его комплексные соединения.

Содержание никеля в чистых природных водах может изменяться в пределах 1…10 мкг/л, в промышленных регионах его концентрация достигает 50…100 мкг/л при условии нормального функционирования очистных сооружений на промышленных предприятиях. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20 мг/л.

Растворимые соли никеля вызывают гибель дафнии при концентрации никеля 1…2мг/л, рыбы – при 4,5…5,0мг/л. Присутствие никеля в городских сточных водах в количестве более 1 мг/л тормозит их биологическую очистку из-за его токсического действия на микрофлору активного или.

По воздействию на природную среду и по экологической опасности никель входит в число наиболее опасных металлов и занимает четвертое место после ртути, кадмия и свинца.

ПДК никеля для воды составляет 0,1 мг/л.

В поверхностные воды соединения трех- и шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания из минералов (хромит, крокоит, уваровит). Значительные дозы могут поступать в водоемы со сточными водами гальванических цехов, предприятий химической промышленности, красильных цехов текстильных предприятий и кожевенных заводов.

В растворенной форме хром может находиться в виде хроматов и бихроматов. В аэробных условиях Cr⁺⁶ переходит в Cr⁺³, соли которого в нейтральной и щелочной средах гидролизуются с выделением гидроксида, который сорбируется взвесью и донными осадками.

Концентрация растворенного хрома в незагрязненных озерах и реках обычно колеблется в пределах 1…10мкг/л, а в океане – 0,05…0,5мкг/л. Более высокие значения (5…50мкг/л и более) фиксируются в некоторых крупных реках, протекающих через индустриальные районы. В загрязненных водах содержание хрома достигает 0,1 мг/л и более.

Соединения хрома губительно действуют на флору и фауну и тем самым тормозят процессы самоочищения природных вод и биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на очистных сооружениях.

Трехвалентный хром относительно нетоксичен, но шестивалентный хром оказывает местное (дерматит, язвы) и токсическое воздействие на почки, печень, кожу, эндокринные железы и желудочно-кишечный тракт, а также проявляет канцерогенное и мутагенное действие. ПДК для Cr⁺⁶ – 0,05; для Cr⁺³ – 0,5 мг/л

К источникам поступления алюминияв природные воды относятся атмосферные осадки, сточные воды различных производств и частичное растворение глин и алюмосиликатов. В природных водах алюминий присутствует в ионной, коллоидной и взвешенной формах. Средние концентрации алюминия в водах большинства озер Северного полушария составляют сейчас 0,13 мг/л, а в реках – 0,7…10 мг/л.

Ионы алюминия обладают токсичностью по отношению ко многим видам водных живых организмов и человеку; токсичность проявляется, прежде всего, в кислой среде. Наиболее токсичными для водных организмов являются формы Al(OH)²⁺ и Al(OH)₂⁺, превалирующие в водах с рН между 5,0…5,5. Токсическое действие на гидробионты оказывают растворимые соединения алюминия – нитраты и хлориды. Гибель рыбы и икры часто связывают также с образованием полимеров гидроксида алюминия, осаждающихся на жабрах и на поверхности икринок.

На станциях водоподготовки в качестве коагулянта широко применяется сернокислый алюминий. При коагуляции избыточными дозами этого коагулянта мутность воды может возрастать. При содержании остаточного алюминия в воде на уровне 0,5 мг/л мутность воды не изменяется. Избыточные концентрации алюминия придают воде неприятный вяжущий привкус. Пороговая концентрация, установленная по изменению вкуса воды, для хлористого алюминия равна 0,5 мг/л. Эта же концентрация не изменяет прозрачность воды и принята в качестве ПДК.

Естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения минералов. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в том числе в поверхностных водах) связано с сжиганием углей, с применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, ряда металлургических заводов, химических производств и др.

В незагрязненных природных водах концентрация свинца составляет около 1 мкг/л. Концентрация свинца в природных водах более 0,1…0,3 мг/л вызывает гибель подавляющей части рыбы, при меньших концентрациях он накапливается в биомассе рыбы, что может вызвать отравление при пищевом потреблении. Содержание свинца в сточных водах 0,1 мг/л и более тормозит процесс их биологической очистки на очистных сооружениях.

Свинец – промышленный яд, способный при неблагоприятных условиях оказаться причиной отравления. В организм человека проникает главным образом через органы дыхания и пищеварения.

По разным данным человек поглощает с воздухом, водой и пищей 100…500 мкг свинца в день. От 1 до 3% поступающего свинца всасывается в кровь. Особенно энергично всасывание происходит в детском организме. Свинцовая интоксикация известна давно, однако для заболевания необходима сравнительно высокая концентрация металла в доступной форме. Клинические признаки свинцового отравления наблюдаются при достижении концентрации свинца в крови 800 мг/л. ПДК для свинца – 0,03 мг/л. Уже при концентрации 0,05 мг/л проявляется слабый общетоксический и мутагенный эффекты.

В поверхностные воды соединения ртути могут поступать в результате выщелачивания пород в районе ртутных месторождений и в процессе разложения водных организмов, накапливающих ртуть. Значительные количества поступают в водные объекты со сточными водами электролизных производств, предприятий, производящих красители, пестициды, взрывчатые вещества, фармацевтические препараты. Теплоэлектростанции, работающие на угле, выбрасывают в атмосферу значительные количества соединений ртути, которые с мокрыми и сухими выпадениями попадают в водные объекты.

В поверхностных водах соединения ртути находятся в растворенном и взвешенном состоянии. Растворенными формами являются комплексные органические и минеральные соединения, недиссоциированные молекулы.

Содержание ртути в природных водоемах промышленных регионов изменяется в широких пределах – 0,0001…3 мкг/л. Концентрация ртути в воде водоема 5мкг/л и более вызывает гибель дафний. Токсическое действие ртути на рыбу начинается при концентрации 8 мкг/л. В планктоне водной системы содержание ртути составляет около 0,01 мкг/г, в мышечных тканях хищных рыб оно достигает 0,5…1,5мкг/г, а у птиц-рыболовов – 3…14мкг/г. «Время жизни» ртути в тканях рыб очень велико (400…1000 суток), т.е. она выводится крайне медленно. Ртуть накапливается в донных отложениях водоемов (в иле) и оказывает губительное действие на живые организмы, обитающие в них.

Соединения ртути высокотоксичны: они поражают нервную систему человека, вызывают изменение слизистой оболочки, нарушения двигательной функции и секреции желудочно-кишечного тракта, изменения в крови и др. Ртутьорганические соединения наиболее токсичны для человека и биоты. Их доля в речных водах составляет 46% от общего содержания, в донных отложениях – до 6%, в рыбах – до 80-95%. ПДК ртути составляет 0,0005 мг/л.

В природные воды мышьякпоступает из минеральных источников, районов мышьяковистого оруднения, а также из зон окисления пород полиметаллических, медно-кобальтовых и вольфрамовых руд. Значительные количества мышьяка поступают в водные объекты со сточными водами обогатительных фабрик, отходами производства красителей, кожевенных заводов и предприятий, производящих пестициды.

Наиболее токсичными соединениями мышьяка являются мышьяковистая и мышьяковая кислоты и их соли (арсениты и арсенаты). Элементарный мышьяк менее токсичен, чем его соединения. Сульфаты и сульфиды мышьяка плохо растворимы в воде и поэтому менее опасны.

Соединения мышьяка в повышенных концентрациях являются токсичными для организма животных и человека: они тормозят окислительные процессы, угнетают снабжение кислородом органов и тканей, нарушают обмен веществ.

Мышьяк губительно действует на гидробионты; его концентрация в воде водоемов 1…3мг/л и более вызывает гибель окуня, судака, плотвы. Дафнии погибают при концентрации 0,2 мг/л.

ПДК для мышьяка в воде составляет 0,003 мг/л.

Источниками стронция в природных водах являются горные породы, а наибольшее его количество содержится в гипсоносных отложениях. Концентрация стронция в пресных водах обычно составляет 1-5 мг/л. Избыточное количество этого элемента в почвах, водах и продуктах питания вызывает «уровскую болезнь» у человека и животных ( по названию р.Уров в Восточном Забайкалье). Данное заболевание проявляется в серьезном поражении суставов, их деформации, задержке роста и др. Стронций не обладает резко выраженными кумулятивными свойствами, но имеет довольно широкий спектр действия при длительном поступлении в организм.

Действие растворимых солей стронция на гидробионтов заключается в следующем. Нитрат стронция в концентрации 1,5…7,0г/л и хлорид стронция в концентрации 1,6 г/л вызывают гибель рыбы.

Комплексное гигиеническое исследование показало, что длительное употребление питьевой воды, содержащей стронций на уровне 7 мг/л, не вызывает никаких изменений в организме человека. Эта величина и была принята в качестве ПДК.

Широко распространен в природе бериллий. Он содержится в минеральных, горных породах, живых организмах, а также в некоторых природных водах. Оказывает сильное токсическое действие на гидробионты: концентрация солей бериллия в воде 0,2 мг/л и более вызывает гибель рыбы; дафнии погибают при концентрации хлорида бериллия 0,05 мг/л.

Бериллий является ядом общетоксического действия с высокой степенью кумуляции, приводящим к поражению дыхательной, нервной и сердечнососудистой систем. Он оказывает угнетающее действие на некоторые ферменты организма и состояние красной крови. Характерной особенностью бериллия является длительный латентный период проявления интоксикации и отсутствие прямой корреляции между дозой действующего вещества, продолжительностью контакта и реакцией организма. Изучение хронического влияния малых концентраций бериллия определило его пороговую концентрацию, вызывающую функциональное нарушение в костном мозгу и изменения состояния красной крови. Она оказалась равной 0,002 мг/л, а в качестве ПДК принята величина– 0,0002 мг/л.

Соединения молибдена попадают в поверхностные воды в результате выщелачивания из минералов, содержащих молибден. Молибден попадает в водоемы со сточными водами обогатительных фабрик, предприятий цветной металлургии. Миграция молибдена в водах часто происходит в основном в виде иона молибденовой кислоты.

В малых количествах молибден необходим для нормального развития растительных и животных организмов. Молибден входит в состав фермента ксантиноксидазы. При дефиците молибдена фермент образуется в недостаточном количестве, что вызывает отрицательные реакции организма. Молибден выделяется из организма довольно быстро, и его кумулятивные свойства выражены слабо.

Среднелетальная концентрация ЛК₅₀ оксида молибдена для рыб в мягкой воде составляет 70 мг/л, в жесткой – 370 мг/л.

При избытке молибдена у животных и человека нарушается обмен веществ и усиливается образование мочевой кислоты, что у людей ведет к заболеванию «молибденовой подагрой». При хроническом отравлении молибденом нарушается состав сыворотки крови и уменьшается количество витамина С в печени. ПДК для молибдена – 0,25 мг/л.

В природные воды кадмий поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать. Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, производства серной кислоты, гальванического производства, а также с шахтными водами.

Соединения кадмия обладают ограниченной растворимостью, но с повышением кислотности среды она существенно увеличивается, чем и объясняется его миграция в загрязненных средах. Среднее содержание кадмия в морской воде равно примерно 0,1 мкг/л, а в речной – менее 0,02 мкг/л. Для поверхностных вод наиболее типичны комплексные соединения кадмия с фульвокислотами, ксантаты и дитиокарбаматы кадмия, которые довольно легко проникают через биологические мембраны.

В водных экосистемах фактором, определяющим уровень содержания кадмия в гидробионтах, является способность многих организмов сорбировать его из воды (коэффициент биоконцентрирования варьируется от 16 до 50800). Для дафний токсические эффекты проявляются уже при концентрациях выше 0,5 мкг/л. Концентрация кадмия в воде 8 мкг/л вызывает гибель некоторых видов рыб.

Кадмий может замещать цинк в цинксодержащих ферментах (гидроксилазах). После этого фермент становится неактивным, а организмы, в которые попал кадмий, могут служить пищей для других организмов, таким образом, кадмий внедряется в общую цепь питания. Подобные вещества представляют особую опасность для организма вследствие их устойчивости и липофильности (взаимодействию с жирами), обусловливающими большой период полувыведения, т.е. время, в течение которого выделяется половина усвоенного организмом вещества. Период полувыведения кадмия составляет более 15 лет (для сравнения: период полувыведения ртути – 70…80 дней). ПДК кадмия в воде – 0,01 мг/л.

В речные воды фтор поступает из пород и почв при разрушении фторсодержащих минералов (апатит, турмалин). Источником фтора также служат атмосферные осадки. Повышенное содержание фтора может быть в некоторых сточных водах предприятий стекольной и химической промышленности, в шахтных водах.

В чистых природных водах содержание фторидов составляет 0,01…3,0 мг/л; концентрации более 1,5 мг/л токсичны для рыб и икры. Смертельная концентрация фторидов для рыб – более 6 мг/л.

Повышенные количества фтора в воде (более 1,5 мг/л) оказывают вредное действие (особенно на детей), вызывая костное заболевание – флюороз. Зубы темнеют, крошатся и ломаются. Тяжелый флюороз приводит к разрушению зубной эмали, замедлению роста, остеосклерозу, повреждению щитовидной железы и почек. Очень низкое содержание фтора в питьевой воде (менее 0,3 мг/л) также вредно сказывается на здоровье, вызывая поражение зубов кариесом. Наименьшая распространенность кариеса наблюдается при содержании фтора в питьевой воде 1…1,5 мг/л. Фтор стал первым веществом, для которого был установлен физиологический оптимум содержания в питьевой воде – 0,7…1,5мг/л.

Содержание аммония в природных водах варьирует в интервале от 10 до 200 мкг/л в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот и разложения мочевины.

Основными источниками поступления аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий при использовании аммонийных удобрений, а также сточные воды предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности. В стоках промышленных предприятий содержится до 1, в бытовых стоках – 2…7 мг/л аммония; с хозяйственно-бытовыми сточными водами в канализационные системы ежесуточно поступает до 10г аммонийного азота на одного жителя.

Концентрация аммония в питьевой воде не должна превышать 2 мг/л по азоту, в рыбохозяйственных водоемах – 0,05 мг/л по азоту. Присутствие аммония в концентрациях порядка 1 мг/л снижает способность гемоглобина рыб связывать кислород. Признаки интоксикации – возбуждение, судороги, рыба мечется по воде и выпрыгивает на поверхность. Механизм токсического действия – возбуждение центральной нервной системы, поражение жаберного эпителия, разрыв эритроцитов.

Повышенная концентрация аммония может быть использована в качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение санитарного состояния водного объекта, процесса загрязнения воды, в первую очередь, бытовыми и сельскохозяйственными стоками.

Присутствие нитратов в природных водах связано с:

· промышленными и бытовыми сточными водами, особенно после биохимочистки, когда концентрация достигает 50 мг/л;

· внутриводоемными процессами нитрификации аммонийных ионов в присутствии кислорода под действием нитрифицирующих бактерий;

· атмосферными осадками, концентрация нитратов в которых достигает 0,9…1 мг/л;

· стоком с сельскохозяйственных угодий и сбросными водами с орошаемых полей, на которых применяются азотные удобрения.

Главными процессами, направленными на понижение концентрации нитратов, являются потребление их фитопланктоном и денитрифицирующими бактериями, которые при недостатке кислорода используют кислород нитратов на окисление органических веществ.

Подземные водоносные горизонты в большей степени подвержены нитратному загрязнению, чем поверхностные водоемы, что обусловлено отсутствием потребителя нитратов.

При длительном употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, содержащих значительные количества нитратов (25…100мг/л по азоту), у людей резко возрастает концентрация метгемоглобина в крови. Крайне тяжело протекает метглобинемия у грудных детей (прежде всего, искусственно вскармливаемых молочными смесями, приготовленными на воде с повышенным – порядка 200 мг/л – содержанием нитратов) и у людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Дети старшего возраста менее подвержены этому заболеванию, так как у них сильнее выражены компенсаторные механизмы. Проявление болезни у них менее тяжелое.

Употребление воды, содержащей 2…11мг/л нитратов, не вызывает повышение в крови уровня метгемоглобина, тогда как использование воды с концентрацией 50…100мг/л резко его увеличивает, причем растет и число лиц с повышенным содержанием метгемоглобина. При концентрации нитратов 105 мг/л в организме снижается иммунитет и нарушается условно рефлекторная деятельность. Концентрация нитратов на уровне 45 мг/л является безопасной и принята в качестве ПДК. В последнее время появились новые данные, свидетельствующие о возможности проявления канцерогенного действия нитратов. Канцерогенный эффект может возникать в результате реакции нитратов с некоторыми лекарственными аминами и производными мочевины, так как образующиеся при этом N-нитрозоамины являются сильнейшими канцерогенами и мутагенами.

При воздействии на человека различают: первичную токсичность собственно нитрат-иона; вторичную – связанную с образованием нитрит-иона; третичную – обусловленную образованием из нитритов и аминов нитрозоаминов. Смертельная доза по нитратам для человека составляет 8…15г; допустимое суточное потребление (по данным ВОЗ) – 5 мг/кг массы тела.

Нитриты представляют собой промежуточную ступень в цепи бактериальных процессов окисления аммония до нитратов (нитрификация – в аэробных условиях) и, напротив, восстановления нитратов до азота и аммиака (денитрификация – при недостатке кислорода). Подобные окислительно-восстановительные процессы характерны для станций аэрации, систем водоснабжения и собственно природных вод. Кроме того, нитриты используются в качестве ингибиторов коррозии в процессах водоподготовки технологической воды и поэтому могут попасть в системы хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Повышенное содержание нитритов указывает на усиление процессов разложения органических веществ в условиях более медленного окисления нитритов в нитраты, что указывает на загрязнение водного объекта, т.е. является важным санитарным показателем. Наибольшая концентрация нитритов наблюдается в конце лета, их присутствие связано с активностью фитопланктона (диатомовые и зеленые водоросли способны восстанавливать нитраты до нитритов). Осенью содержание нитритов уменьшается. ПДК по нитрит-иону составляет 3 мг/л.

В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды нитрит- и нитрат-ионы входят в программы обязательных наблюдений за составом питьевой воды и являются важными показателями степени загрязнения и трофического статуса водоемов.

Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Большие количества нефтепродуктов поступают при перевозке нефти водным путем, со сточными водами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслей промышленности, с хозяйственно-бытовыми водами.

Нефтепродукты находятся в различных миграционных формах: растворенной, эмульгированной, сорбированной на твердых частицах взвесей и донных отложений, в виде пленки на поверхности воды. Количественное соотношение этих форм определяется комплексом факторов, важнейшими из которых являются условия поступления нефтепродуктов в объект, расстояние от места сброса, скорость течения и перемешивания водных масс, характер и степень загрязненности природных вод, а также состав нефтепродуктов, их вязкость, растворимость, плотность, температура кипения. При санитарно-химическом контроле определяют, как правило, сумму эмульгированных, растворенных и сорбированных форм нефти.

Нефтяная пленка, образующаяся на поверхности загрязненных водоемов, нарушает процесс естественной аэрации воды, что влечет за собой кислородное голодание гидробионтов. При концентрации нефти и нефтепродуктов в воде водоемов более 0,1мг/л погибает планктон, а мясо рыбы приобретает нефтяной („керосиновый”) привкус, что делает ее непригодной для употребления. Концентрация нефти и нефтепродуктов более 50 мг/л вызывает гибель рыбы и тормозит биологическую очистку сточных вод на очистных сооружениях

В незагрязненных нефтепродуктами водных объектах концентрация естественных углеводородов может составлять в морских водах 0,01…0,1мг/л и выше, в речных и озерных водах 0,01…0,2 мг/л, достигая 1…1,5 мг/л.

Входящие в состав нефтепродуктов ароматические углеводороды (бензол и его гомологи) оказывают наркотическое воздействие на организм, поражая сердечно-сосудистую и нервную системы. Наибольшую опасность представляют ПАУ (в том числе 3,4-бензпирен), обладающие канцерогенными свойствами. Нефтепродукты обволакивают оперение птиц, поверхность тела и органы других гидробионтов, вызывая заболевания и гибель.

В присутствии нефтепродуктов вода меняет цвет, рН, приобретает специфический вкус и неприятный «керосиновый» запах, ухудшается газообмен с атмосферой.

ПДК нефтепродуктов в воде составляет 0,1 мг/л, в рыбохозяйственных водоемах – 0,05 мг/л. Присутствие канцерогенных углеводородов в воде недопустимо.

Фенол и его производные входят в группу широко распространенных сильно ядовитых веществ. Фенолы поступают в природные водоемы с промышленными стоками лесохимического, нефтеперерабатывающего, коксохимического и газогенераторного производств, заводов полукоксования, аналинокрасочной промышленности. В сточных водах этих предприятий содержание фенолов может достигать 10-20 г/л и более. Фенолы содержатся в осадках городских сточных вод и могут выщелачиваться оттуда атмосферными осадками, попадая с жидким стоком в почвы и водоемы.

Фенолы в естественных условиях образуются в процессах метаболизма водных организмов, при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в водной толще, так и в донных отложениях.

Превышение естественного фона по фенолу (обычно не более 20 мкг/л) может служить указанием на загрязнение водоемов. В загрязненных фенолами природных водах содержание их может достигать нескольких десятков и даже сотен микрограммов в 1л. Фенолы – соединения нестойкие и подвергаются биохимическому и химическому окислению. Быстрее всех разрушается собственно фенол, медленнее – крезолы и еще медленнее ксиленолы.

Сброс фенольных вод в водоемы резко ухудшает их общее санитарное состояние, оказывая влияние на живые организмы не только своей токсичностью, но и значительным изменением режима биогенных элементов и растворенных газов. Малые количества фенола приводят к изменению вкуса рыб и других обитателей водной среды; повышенное содержание – к их гибели. У человека фенол вызывает нарушение функций нервной системы, почек, дыхания и кровообращения, раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. Смертельной одноразовой дозой для человека является 10…15 г фенола. При очистке воды на стадии ее хлорирования может происходить образование хлорфенолов, малейшие следы которых (0,1мкг/л) придают воде характерный запах и привкус. Поэтому ПДК фенола для водоемов любого назначения является весьма строгой – 0,001 мг/л.

В процессе хлорирования воды образуются также хлорированные углеводороды, в частности хлороформ, четыреххлористый углерод, дибромхлорметан и др. Многие из них весьма устойчивы, легко поглощаются организмами и усиленно накапливаются в отдельных органах и тканях. Некоторые из них проявляют канцерогенные свойства. Согласно новому СанПиНу их сумма не должна превышать 0,1 мг/л.

Формальдегид поступает в водную среду со сточными водами производств основного органического синтеза, пластмасс, лаков, красок, лекарственных препаратов, предприятий кожевенной, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности. В дождевой воде городских районов также зарегистрировано присутствие формальдегида.

Формальдегид – сильный восстановитель. Он конденсируется с аминами, с аммиаком образует уротропин. В водной среде под действием бактерий формальдегид подвергается биодеградации. В аэробных условиях при 20^оС разложение происходит за 30, в анаэробных – примерно за 48 часов.

Подпороговая концентрация, не влияющая на санитарный режим водоемов, составляет 5 мг/л; максимальная концентрация, не влияющая на работу биологических очистных сооружений, – 1000 мг/л.

При содержании 10 мг/л формальдегид оказывает токсическое действие на наиболее чувствительные виды рыб. При концентрации 0,24 мг/л ткани рыб приобретают неприятный запах.

Формальдегид оказывает общетоксическое действие, вызывает поражение центральной нервной системы, легких, печени, почек, органов зрения, Формальдегид обладает раздражающим, аллергенным, мутагенным и канцерогенным действием. ПДК формальдегида – 0,05 мг/л.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) – это различные по своей структуре соединения, относящиеся к разным классам. В водные объекты СПАВ поступают в значительных количествах с хозяйственно-бытовыми (использование синтетических средств в быту) и промышленными (текстильная, нефтяная, химическая промышленность, производство синтетических каучуков) сточными водами.

Главными факторами понижения их концентрации являются процессы биохимического окисления, сорбция взвешенными веществами и донными отложениями. При биохимическом окислении СПАВ образуются различные промежуточные продукты распада: спирты, альдегиды, органические кислоты, а также фенолы.

Попадая в водоемы, СПАВ оказывают значительное влияние на их физико-биологическое состояние, ухудшая кислородный режим и органолептические свойства, и сохраняются там долгое время, так как разлагаются очень медленно. Отрицательным с гигиенической точки зрения свойством СПАВ является их высокая пенообразующая способность. Хотя СПАВ не являются высокотоксичными веществами, имеются сведения о косвенном их воздействии на гидробионтов. При концентрации 5…15мг/л рыбы теряют слизистый покров, при более высоких концентрациях может наблюдаться кровотечение из жабр. ПДК СПАВ составляет 0,5 мг/л, в рыбохозяйственных водоемах – 0,1 мг/л.

Полихлорированные бифенилы (ПХБ) – это смесь соединений, содержащих разное количество атомов хлора и образующихся при хлорировании бифенила. Среди стойких органических соединений (СОЗ) они являются наиболее распространенными. Благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам (негорючесть, сдерживание горения) ПХБ используются в промышленности с 1929г. В свою очередь, это привело к их широкому распространению в объектах окружающей среды.

В воду ПХБ попадают со сточными водами и отходами флота и промышленности, а затем накапливаются в иловых отложениях водоемов. В воде рек и лиманов может содержаться до 500 мг/л ПХБ.

В почву ПХБ попадают при использовании ила в качестве удобрения, а также с полей орошения. Снижение их содержания в почве происходит благодаря биотрансформации и испарению. Период полуразложения ПХБ составляет около 5 лет.

Источниками поступления ПХБ в воду могут являться пластмассы, лаки, (ПХБ используются в качестве пластификаторов), строительные материалы (ПХБ применяется в покрытиях для керамических плиток, в производстве цемента, покрытиях на изоляции из стекловолокна, непроводящих материалах в электрических кабелях) и различные химикаты. ПХБ широко используется в качестве диэлектрика для заполнения трансформаторов и больших конденсаторов, в электромагнитах и другом электрооборудовании.

ПХБ – высокотоксичные соединения, поражающие печень и почки. Эти соединения способны накапливаться в организме и в дальнейшем вызывать врожденные аномалии, заболевания эндокринной и нервной системы, осложнение беременности и родов. Особую опасность ПХБ представляют для детей: аномалии развития и новообразования. Токсичность ПХБ усиливается примесями диоксинов, которые образуются в процессе хлорирования.

Для суммы ПХБ ПДК составляет 1 мкг/л, в рыбохозяйственных водоемах присутствие ПХБ недопустимо.

Диоксины – группа соединений, включающих полихлорированные дибензо-пара-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ). Диоксины являются побочными продуктами химической, металлургической, нефтеперерабатывающей, электротехнической целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности. Они образуются в промышленности при применении хлора и при любых высокотемпературных процессах (коксохимия, ТЭС, котельные), в том числе непромышленных (сжигание мусора, пластмасс, осадков сточных вод, лесные пожары, уничтожение разливов нефти сжиганием, курение и др.).

Диоксины часто присутствуют в виде примесей во многих пестицидах, полученных на основе хлорированных фенолов и полихлорбензолов (например, 2,4-ди- и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусная кислоты).

Источником диоксинов является транспорт, причем выбросы ПХДД и ПХДФ с продуктами сгорания топлива увеличиваются при использовании этилированного бензина. Почва и вода придорожных канав на участках, примыкающих к автомагистралям и железнодорожному полотну, загрязняются диоксинами в концентрациях, во много раз превышающих фоновые.

Выбросы ПХДД и ПХДФ в атмосферу планеты достигают 0,6…1,1кг/год (по другим данным, в 3 раза больше).

Из-за высокой гидрофобности и низкой растворимости (19,3 нг/л) содержание диоксинов в водных объектах зависит от наличия взвешенных и коллоидных частиц, на которых адсорбируются диоксины, обладающие высокими адгезионными свойствами, что способствует их накоплению и миграции в воде. Так, сточные воды ряда химических производств содержат диоксины в количествах, почти в 50 раз превышающих ПДК. Такая же токсичность характерна для проб с иловых полей целлюлозно-бумажных комбинатов, ила очистных сооружений, почвы вблизи деревообрабатывающих комплексов.

Диоксины – глобальные суперэкотоксиканты, обладающие мощным мутагенным, иммунодепрессантным, канцерогенным, эмбриотоксическим действием. Токсичность диоксинов превосходит токсичность цианидов, кураре, стрихнина, сопоставима с токсичностью боевых ОВ и уступает лишь токсинам белковой природы: ботулиновому, дифтерийному и столбнячному токсинам. Диоксиновая опасность стоит в одном ряду с такими экологическими бедствиями, как применение ядерного оружия, разрушение озонового слоя, последствия парникового эффекта. Особая опасность диоксинов заключается в том, что они чрезвычайно устойчивы к химическому и биологическому разложению и беспрепятственно переносятся по пищевым цепям. Период их полураспада в воде и донных отложениях составляет более 2 лет, в почве –10…15 лет.

Нормативы диоксинов в воде, пг/л: Германия, Канада – 0,01; США – 0,013; Италия – 0,05; Россия – 20. В Украине диоксиновый контроль отсутствует.

Пестициды – химические вещества, применяемые для борьбы с разными вредителями. Основные источники поступления пестицидов в водные объекты – поверхностные стоки талых, дождевых и грунтовых вод с сельскохозяйственных угодий, коллекторно-дренажные воды, сбрасываемые с орошаемых территорий.

Пестициды также могут вноситься в водоемы во время их обработки с целью уничтожения нежелательных водных растений и других гидробионтов, со сточными водами промышленных предприятий, производящих ядохимикаты, непосредственно при обработке полей пестицидами с помощью авиации, при небрежной транспортировке их водным транспортом и при хранении.

Несмотря на большой вынос стойких пестицидов в водную среду, содержание их в природных водах относительно невелико из-за быстрой кумуляции гидробионтами и отложениях в илах. Коэффициенты кумуляции, показывающие во сколько раз содержание химического вещества в гидробионтах больше, чем в воде, составляют от 3…10 до 1000…500000.

ПДК большинства пестицидов в воде лежат в пределах 0,3…1000 мкг/л.

Допустимые концентрации радионуклидов в поверхностных водах устанавливают исходя из условий, чтобы в случае попадания радионуклидов в организм каждый день в течение всей жизни создавалось внутреннее облучение, безопасное для человека. Трудно растворимые радионуклиды, попадая в органы пищеварения, легко поступают в кровь, разносятся по всему организму, накапливаются в печени, костных тканях, щитовидной железе и т.п. ПДК некоторых радионуклидов в воде водоемов приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5 –Допустимые концентрации радионуклидов в воде водоемов