Источники и масштабы tеxнoгенного загрязнения биосферы

Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее  нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/л. Понижение  до 2 мг/л вызывает массовую гибель (замор) рыбы. В соответствие  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 приделах 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 боле. Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-быто 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 1 л 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. Перманганатная 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.

5.2.1. 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 очистки 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 так же 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 (мышцы) 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, и 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  стирки 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  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 что  гидроксид железа Fе(ОН)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 малопригодный  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, кобелин и др.). Основным источником поступления меди в природные |воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышлености,  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 системе водоснабжения.

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 обьясняется нарушением транспорта железа и образования гемоглобина.

ІІДК меди в воде - 1 мг/л, в рыбохозяйственных водоемах - 0,001мг/л.

Цинк попадает в природные воды в результате протекающих в природе процессов разрушения и растворения горных пород и минералов (свалирит, 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.

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

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, форели 100 мг/л, карпа 650 мг/л.

В природных водах марганец (Мn⁺²) содержится в воде бикарбонатов и сульфатов. Катион Мn ⁺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 к проявляет и бактерицидный эффект.

В технологических процессах  Мn⁺⁷ переходит в 2-х и 4 валентные формы: Мn⁺⁴ практически нерастворим в воде и задерживается на фильтрационных установках, остаточные количества ионов Мn⁺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 неблагоприятного действия на белье не должно превышать 0,1 мг/л ( это ПДК).