Анализ качества природных вод по санитарно-токсикологическим показателям

Бор. При поступлении в организм человека высоких концентраций бора наблюдаются значительные расстройства функций половой системы у мужчин и женщин и выраженный эмбриотоксический эффект. Бор хорошо впитывается в пищеварительном канале, но постепенно выводится. В высоких концентрациях он находится в очень минерализированных подземных и морских водах.

Селен содержится в воде в виде селенита или селената в зависимости от pH и присутствия солей некоторых металлов. Содержание его в поверхностных водах значительно ниже  0,01 мг/л. В случае употребления подземных вод с повышенным содержание селена нарушается функция печени, формирование эмали зубов и кальциевый обмен. Как правило, в природных водах содержание селена незначительно. Из организма выводится преимущественно с мочой.

Стронций. После продолжительного употребления подземных вод с повышенным содержанием стронция у детей было выявлено нарушение развития костных тканей, например неудовлетворительный рост зубов.  Избыточное содержание этого элемента в почвах, водах и продуктах питания вызывает "уровскую болезнь" у человека и животных (по названию реки Уров в Восточном Забайкалье) - поражение и деформацию суставов, задержку роста и др.

Источниками стронция в природных водах являются горные породы, наибольшие количества его  содержат гипсоносные отложения.

Низкая концентрация стронция в природных водах объясняется  слабой растворимостью их сернокислых  соединений.

ПДК составляет 7 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности - санитарно-токсикологический).

Хром. Основной источник загрязнения – сточные воды гальванического производства, текстильной промышленности и выплавка специальных сплавов.

Считают что, токсические  качества присущи соединениям хрома (VI). Неблагоприятные последствия  попадения хрома в организм связаны  с поражениями почек и печени. Хром также обуславливает возникновение  язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Хрому также присущи канцерогенный  и мутагенный эффекты. Соединения хрома (VI) обуславливают у человека некрозы  печени, нефрит и смерть. Меньшие  его концентрации приводят к раздражению  слизистой оболочки пищеварительного канала.

ПДК составляет 0,5 мг/л.

Никель. Поступление никеля возможно со сточными водами  металлургической, машиностроительной и химической промышленности. В случае избыточного поступления никеля в организм человека нарушаются биохимические процессы на клеточном и субклеточном уровнях.

ПДК составляет 0,1 мг/л 

Фосфор. Фосфор в свободном состоянии в естественных условиях не встречается. В природных водах фосфор находится в виде органических и неорганических соединений. Основная масса фосфора находится во взвешенном состоянии. Соединения фосфора поступают в воду в результате внут риводоемных процессов, выветривания и растворения горных пород, обмена с донными отложениями и из антропогенных источников.

ПДК составляет 0,0001 мг/л 
 

 
 
 
 
 

3.ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДОЕМОВ.

Поступающие в  реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим  и нарушают равновесное состояние  водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под  воздействием природных факторов, в  водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут  образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих  отрицательно влияние на качество воды.

Основная причина загрязнения водных источников сброс в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, а также предприятиями коммунального и сельского хозяйства. Загрязнению водных источников также способствует нерациональное ведение сельского хозяйства: остатки удобрений и ядохимикатов, вымываемые из почвы, попадают в водоемы и загрязняют их. Хотя потери воды во многих производственных процессах (из-за испарения и утечки) невелики, но суммарно промышленные предприятия расходуют огромное количество воды, причем часть ее теряется безвозвратно или не подвергается никакой очистке.

Наиболее неблагоприятно на процессы самоочищения водоемов влияет химическое загрязнение водоемов промышленными  стоками, биогенными элементами (азотом, фосфором и др.), которые тормозят естественные окислительные процессы, убивает микроорганизмы. То же относится  и к спуску термальных сточных  вод тепловыми электростанциями. 
 
 

4.САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЁМОВ.

Интереснейшими  явлениями природы являются способность  водоемов к самоочищению и установление в них так называемого биологического равновесия. Оно обеспечивается совокупной деятельностью населяющих их организмов: бактерий, водорослей и высших водных растений, различных беспозвоночных животных. Поэтому одна из важнейших  природоохранительных задач состоит  в том, чтобы поддерживать эту  способность.

Самоочищение  воды водоемов — это совокупность взаимосвязанных гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих  к восстановлению первоначального  состояния водного объекта.

Способность водоема  к самоочищению определяется сохранностью условий, благоприятных для обитания организмов, воспроизводящих процессы очищения водоема, достаточным количеством  кислорода и сохранностью буферных свойств экосистемы.

Процесс самоочищения является суммой процессов, связанных  с возвращением водной экосистемы в  ее первоначальное состояние. Такими важнейшими процессами являются:

1.)осаждение  грубодисперсных и коагуляция  коллоидных примесей;

2.)окисление  (минерализация) органических примесей;

3.)окисление  минеральных примесей кислородом;

4.)нейтрализация  кислот и оснований за счет  буферной емкости водоема;

5.)гидролиз солей  тяжелых металлов, приводящих к  образованию малорастворимых гидрооксидов  и выделению их из раствора  и т. д.

При оценке общего загрязнения  водоемов необходимо различать автохтонное — собственное, и аллохтонное — вносимое загрязнение. Автохтонное загрязнение происходит в результате отмирания растений и животных и поступления в воду их метаболитов ,а также листвы, веток, экскрементов рыб и водоплавающих птиц, отмерших водных растений, аллохтонное загрязнение — при поступлении в водоемы мусора, ливневых сточных вод, наносов с полей и дорог, плохо очищенных сточных вод. Самоочищение происходит в анаэробных и аэробных условиях. Анаэробно протекают процессы разложения органических субстратов при брожении и гниении. Ряд простейших организмов и бактерии в процессе распада органического материала накапливают промежуточные продукты. При наличии кислорода они могут окисляться дальше. Сероводород, аммиак, метан, низкомолекулярные жирные кислоты и др. — важнейшие промежуточные вещества, образующиеся и накапливающиеся в результате деятельности микроорганизмов в условиях анаэробного самоочищения. В аэробных условиях организмы разрушают органический субстрат в присутствии кислорода. При этом не происходит накопления промежуточных продуктов. В анаэробном самоочищении вод участвуют преимущественно бактерии и грибы, а в аэробном — практически все население водоема.

Каждый водоем — это сложная живая система, где обитают растения, специфические организмы, в том числе и микроорганизмы, которые постоянно размножаются и отмирают. Если в водоем попадают бактерии или химические примеси, то в условиях девственной природы процесс самоочищения протекает быстро и вода восстанавливает свою первозданную чистоту. Факторы самоочищения водоемов многочисленны и многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические. К физическим факторам самоочищения относятся такие процессы, как седиментация взвешенных нерастворенных веществ, скорость течения, перемешивание, плотность воды, температура и т. д Химические процессы самоочищения — это распад и окисление органических веществ в воде на аммиак, углекислоту, метан, нитраты, сульфаты, фосфаты. Биологические факторы самоочищения тесно связаны с физико-химическими условиями водоема.

Важным физическим фактором самоочищения водоемов является ультарафиолетовое излучение солнца. Под влиянием этого излучения происходит обеззараживание воды. Эффект обеззараживания основан на прямом губительном воздействии ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток. Ультрафиолетовое излучение может воздействовать не только на обычные бактерии, но и на споровые организмы и вирусы.

Также важное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающего загрязнения. Хорошее перемешивание и снижение концентрации взвешенных частиц обеспечивается интенсивным течением. Самоочищению воды в водоеме способствует также оседание на дно нерастворимых осадков и отстаивание. Микроорганизмы под собственной тяжестью или, осаждаясь на других органических и неорганических частицах, постепенно опускаются на дно, подвергаются действием других физических факторов, что способствует быстрому отмиранию загрязняющей микрофлоры. Сдерживает этот процесс снижение температуры воды, благоприятствующее длительному сохранению попавших в водоем бактерий и вирусов. Например, в зонах с умеренным климатом река самоочищается через 200-300 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере - через 2 тыс. км.

Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окисляемому органическому веществу (определяемому по биохимической потребности кислорода — БПК) или по общему содержанию органических веществ (определяемому по химическому потреблению кислорода — ХПК).

К биологическим факторам самоочищения водоема относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки. Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать и представители животного мира.Двустворчатые моллюски — постоянные обитатели водоемов — являются санитарами рек. Пропуская через себя воду, они отфильтровывают взвешенные частицы. Мельчайшие животные и растения, а также органические остатки поступают в пищеварительную систему, несъедобные вещества оседают на слое слизи, покрывающем поверхность мантии двустворчатых. Слизь по мере загрязнения перемещается к концу раковины и выбрасывается в воду. Комочки ее представляют собой комплексный концентрат для питания микроорганизмов. Они и завершают цепь биологической очистки.

В разложении органических веществ участвуют различные  группы организмов, в основном бактерии. В результате сложных биохимических процессов углеводы, жиры и белки разлагаются на более простые соединения. Конечными продуктами являются минеральные соли (нитраты, фосфаты, сульфаты), газы (водород, сероводород, углекислый газ) и вода. Эти соединения поглощают водоросли, высшие растения и простейшие организмы. Мелкие организмы поедают рыбы. Так замыкается биологический круг изменений, связанных с самоочищением водоема. Если разложение органических веществ происходит полностью, то в водоеме устанавливается равновесие. Разлагаясь, органика забирает из воды растворенный кислород. Пониженная прозрачность воды вызывает повышение температуры внутри водоема. Избыток нутриентов, биогенных элементов приводят к росту простейших водорослей и ряски. Наступает «цветение» воды. Скопление ряски, водорослей, донных отложений служат благоприятной средой для патогенных микроорганизмов. Вместе эти факторы ухудшают состояние водоема и угрожают биоразнообразию. В результате органические соединения вместо окисления подвергаются анаэробному разложению с выделением H2S, CH4, CO2 и H2, способствующие вторичному загрязнению водоема. Значительные отклонения от состояния равновесия ведут не только к гибели отдельных популяций, но и экосистемы в целом.

Отмиранию микрофлоры могут также способствовать некоторые  химические вещества. При этом кроме  патогенных бактерий и вирусов в  водоемах могут отмирать и микроорганизмы, играющие существенную роль в самоочищении водоемов.

Особой формой загрязнения является эвтрофирование водоемов, т. е. обогащение их биогенными элементами. Способность фотосинтезирующих  организмов к накоплению и использованию  этих веществ (прежде всего фосфора  и азота); делает их активными участниками  процесса самоочищения природных вод.

Большое влияние  на процессы самоочищения оказывают  фотосинтезирующие организмы. Важность изучения роли фотосинтезирующих организмов в процессе самоочищения отмечалась еще в 1914 г. С. Н. Строгановым. Он подчеркивал, что при самоочищении биологических прудов фитопланктон поддерживает достаточное количество кислорода, поглощает нестойкие органические вещества и подавляет развитие бактерий.

Большую роль в  процессах самоочищения загрязненных вод играют высшие водные растения, которые в значительном количестве развиваются на литорали озер и водохранилищ, мелководных речных плесах и прудах (в том числе и биологических, служащих для очистки сточных вод). По данным Кабанова (1958, 1961), заросли высших водных растений могут служить барьером при поступлении в водоем рассеянных загрязнений, а также угнетающе влиять на сапрофитную микрофлору. Так, например, элодея обладает ясно, выраженными антагонистическими свойствами по отношению к сапрофитным бактериям; ее развитие может также усиливать скорость отмирания дизентерийной палочки в воде. 

Часто взвешенные вещества создают значительную мутность воды, что резко ухудшает ее санитарные качества и затрудняет очистку на водопроводных сооружениях. В незагрязняемых водоемах взвеси образуются за счет жизнедеятельности  и отмирания гидробионтов, попадают в водоемы с поверхностным стоком, особенно в паводки.

Высшая водная растительность является барьером для  взвешенных минеральных и органических веществ. При фильтрации воды через  заросли погруженных растений ее прозрачность увеличивается.

В зарослях погруженных  водных растений значительно увеличивается  содержание растворенного кислорода, резко снижается количество солевого аммиака и нарастает азот нитритов. Усиление нитрификации на участках, сильно заросших водной растительностью, отмечалось и в некоторых сибирских озерах, что связано в основном с активной деятельностью автотрофных нитрификаторов. Снижение количества свободной углекислоты  в зарослях объясняется ее потреблением как источника углеродного питания. В зарослях растений значительно  снижается БПК₅ .