Природные воды могут быть загрязнены самыми различными примесями, разделяющимися на группы по их биологическим и физико-хими-ческим свойствам. К первой группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в молекулярном или ионном состоянии (это две разные подгруппы). Вторая группа - это те вещества, которые образуют с водой взвеси или коллоидные системы (это также две разные подгруппы). В коллоидном состоянии могут быть минеральные или органические частицы, нерастворимые формы гумуса и отдельные вирусы. Взвесями же являются чаще всего планктон, бактерии и нерастворимые мельчайшие твердые частицы.[ ...]
Воды открытых водоемов загрязнены гумусовыми веществами - сложными органическими соединениями, содержание которых в речных водах в среднем составляет 5-10 мг/л, в озерных водах колеблется от 1 до 150 мг/л. Природные воды содержат также коллоидные, мелкодисперсные и грубодисперсные примеси. Следует отметить и биологическое загрязнение водоемов (микроорганизмами, простейшими организмами, водорослями и др.).[ ...]
Природные и сточные воды - сложные многокомпонентные системы, содержащие примеси различного фазово-дисперсного состава. Растворимые неорганические и органические соединения образуют однофазные растворы с размерами частиц от 10-10 до 10-9м. Высокомолекулярные органические соединения при растворении в воде могут образовать коллоидные растворы. В коллоидном состоянии могут находиться и некоторые такие труднорастворимые неорганические соединения, как алюмосиликаты, кремниевая кислота, гидроксиды тяжелых металлов и др. Размер частиц в коллоидных системах составляет 10 9-10 7 м. Основная часть труднорастворимых неорганических и органических соединений находится в воде в форме грубодисперсных примесей, образуя суспензии или эмульсии с размером частиц более 10 7 м.[ ...]
Органические вещества - продукты частичного распада мертвых растений и животных, выделения водных животных и растений, гуминовые кислоты и другие органические вещества, вымываемые из почвы, почти всегда присутствуют в природных водах. Особенно много их содержится в воде торфяных болот, а вода рек, вытекающих из таких болот, обычно окрашена в желто-коричневый цвет именно органическими веществами. Окисляясь, органические примеси поглощают растворенный кислород и могут значительно уменьшать его концентрацию в воде. Кроме растворенных, органические вещества присутствуют в воде также в виде мертвых микробов, водорослей и других микроскопических организмов.[ ...]
Вода в природе нигде не встречается в виде химически чистого вещества. Под физико-химическим составом природных вод принято понимать весь сложный комплекс растворенных газов, ионов, взвесей и коллоидов минерального и органического происхождения. В природных водах обнаружено около половины химических элементов, входящих в периодическую таблицу Д. И. Менделеева, а многие другие пока не найдены только из-за недостаточной чувствительности методов анализа. Еще большим качественным и количественным многообразием примесей отличаются сточные воды; состав этих примесей всецело зависит от характера производства, в котором они образуются.[ ...]
В природных водах обнаружено более половины известных химических элементов. По своей природе примеси воды подразделяются на минеральные и органические, находящиеся в воде во взвешенном, коллоидном и истинно растворенном состоянии.[ ...]
В Вода - химическое соединение водорода (11,11%) и кислорода (88,89 по массе). Чистая вода бесцветна и не имеет запаха и вкуса. Природная вода по своему-составу весьма разнообразна. В ее состав входят соли (преимущественно в виде ненов, молекул и комплексов), органические вещества (в молекулярных соединениях и в коллоидном состоянии), газы (в виде молекул и гидратированных соединений), диспергированные примеси, гидробионты (планктон, бентос, нейстон, пагон), бактерии, вирусы.[ ...]
Если в воде находятся органические соединения и их комплексы, в которых содержится железо, то эти соединения не всегда могут быть удалены с применением коагуляции и тем более при обработке солями железа. В этом случае нередко в процессе введения в воду коагулянта образуется большое число мелкодисперсных зародышей, которые совершенно не оседают в отстойниках и плохо задерживаются. Во всех случаях ввод в природную воду катионов Ре2+ и Ре31 приводит к тому, что в результате взаимодействия их с органическими соединениями образуются сильно окрашенные комплексы, вследствие чего происходит повышение цветности обработанной воды по сравнению с исходной. Это явление, наблюдаемое при обработке высокоцветных мягких вод солями железа, называют «возвратом цветности», вызываемым переходом окрашенных соединений двухвалентного железа в еще более окрашенные соединения трехвалентного железа, хотя необходимо заметить, что и соли двухвалентного железа способны образовывать с гуминовыми веществами устойчивые малорастворимые формы . Отсюда следует, что если соли железа хорошо коагулируют при повышенных pH, то органические соединения, образующие цветность, приобретают наиболее устойчивые формы. В то же время они лучше коагулируют при пониженных рН = 5- 6,5. В этом противоречии и заключается одна из причин, объясняющая совершенство коагулирования органических примесей солями железа.[ ...]
Состав природных вод обычно меняется во времени. Минеральные и органические вещества, находящиеся в воде во взвешенном состоянии, под влиянием силы тяжести постепенно осаждаются. Часть органических веществ используется живыми организмами, населяющими водоемы, в качестве питательного материала. Протекающие в природных водах химические и биологические процессы приводят к разрушению легко окисляющихся органических примесей. Образование гидроокисей железа, марганца, алюминия и связывание ими коллоидных примесей воды также меняет ее состав.[ ...]
Состав примесей воды как природной, так и сточной имеет решающее значение для выбора способа ее очистки. Все веще ства, присутствующие в водах, можно разделить на взвешенные и растворенные. В свою очередь растворенные примеси природных вод подразделяются, согласно О. А. Алекину (Алекин, 1970), на органическое вещество, главнейшие ионы, микроэлементы, биогенные вещества и растворенные газы. Рассмотрим основные компоненты физико-химического состава природных вод в соответствии с приведенной классификацией примесей.[ ...]
Речные воды делятся на маломинерализованные (до 200 мг/л соли), среднеминерализованные (200-500 мг/л), повышенной минерализации (свыше 1000 мг/л). Воды большинства рек России относятся к первым двум группам. Наряду с солями вода содержит некоторое количество сложных природных органических соединений - гумусовых веществ. Содержание этих примесей в речных водах 5-10 мг/л, в озерных - до 150 мг/л.[ ...]
Мутность природной воды обусловлена присутствием нераство-ренных и коллоидных веществ неорганического (глина, песок, гидроксид железа) и органического (илы, микроорганизмы, планктон, нефтепродукты) происхождения, т. е. примесями, относящимися по степени дисперсности к первой и второй группам. Измеряют мутность различными методами, основанными на сравнительной оценке исследуемой пробы со стандартным раствором, мутность которого создается внесением в дистиллированную воду стандартной суспензии диоксида кремния 8Ю2. Результаты определения мутности выражают в мг/л. В речных водах мутность выше, чем в подземных. В период паводков мутность речных вод может достигать десятков тысяч миллиграммов в 1 л. В питьевой воде мутность, согласно действующим в нашей стране санитарным нормам, должна быть не выше 1,5 мг/л.[ ...]
Окисление органических примесей сточных вод при помощи природных условий называется естественной биологической очисткой, окисление при помощи специально построенных установок - искусственной биологической очисткой.[ ...]
Окисляемость воды. Наличие в природных водах органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических примесей (сероводорода, сульфитов, закисного железа и др.) обусловливает определенную величину окисляемости воды.[ ...]
Окисляемость воды. Наличие в природных водах органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических примесей (сероводорода, сульфитов, закисного железа и др.) обусловливает определенную величину окис-ляемости воды. В связи с тем, что окисляемость поверхностных вод объясняется главным образом наличием органических веществ, определение окис-ляемости, т. е. количества кислорода, необходимого для окисления примесей в данном объеме воды, является одним из косвенных методов определения органических веществ в воде.[ ...]
Под качеством природной воды понимают совокупность ее свойств, обусловленных характером и концентрацией содержащихся в воде примесей. Примеси природных вод подразделяются на неорганические и органические. Отдельную группу примесей составляют микрофлора и микрофауна природных водоемов, оказывающая существенное влияние на качество воды.[ ...]
Анализ состава органических примесей природных вод, сорбированных на поверхности гидроокиси алюминия, позволяет отнести их к группе флокулянтов растительного происхождения. Преимущество флокулянтов природного происхождения заключаются в отсутствии у них токсичных свойств и полной безвредности для организма человека . На это явление указывает также Т. А. Карюхина. Коллоидные гумусовые вещества сорбируются на поверхности А1 ((ЗН) ч, передавая ему свои свойства.[ ...]
Основную часть органических примесей в природных водах составляют гуминовые вещества. Наряду с ними встречаются белковые, жировые, углеводородные вещества, органические кислоты и витамины, однако они составляют лишь незначительную долю от общего количества органических соединений, находящихся в воде.[ ...]
Очистка сточных вод при их использовании для заводнения нефтяных пластов. В настоящее время в связи с усилением мер по санитарной охране от загрязнений нефтью природных водоемов применение для заводнения пластовых сточных вод приобретает большое значение. Однако практика показывает, что этот метод дает высокий эффект только в том случае, если закачиваемая в нефтяной пласт вода не закупоривает поры пласта в призабойных зонах нагнетательных скважин и обеспечивает наибольшую поглотительную способность в течение всего намеченного периода закачки. Для удовлетворения указанного требования закачиваемая вода не должна содержать больше 1 мг/л минеральных и органических примесей, должна быть стабильной и не давать осадка в призабойных зонах после смешения с пластовой водой в нефтеносном пласте; она не должна вызывать коррозии; содержание нефти должно быть меньше 1 мг/л; кроме того, вода должна обладать высокой нефтевымывающей способностью.[ ...]
Методы удаления органических веществ из вод можно разде- "? лить на две группы: окислительные и адсорбционные. В качестве окислителей органических примесей природных вод используются1 хлор, озон, перманганат калия, т. е. реагенты, применяемые и для обеззараживания воды. В процессе обработки воды хлором в основном идут реакции окисления и замещения, которые при оптимальной дозе окислителя сопровождаются образованием соединений, не имеющих запаха, цвета и вкуса. Хлор легко окисляет альдегиды, спирты, аминокислоты, действует на некоторые компоненты, вызывающие цветность воды (апокренаты железа). Кренать» железа окисляются хлором хуже. Обесцвечивание воды идет наиболее эффективно при pH 7,5-8,0, основная роль при этом отводится хлорноватистой кислоте и гипохлорит-иону, образующимся при гидролизе хлора в воде. Органические примеси окисляются только тогда, когда окислительный потенциал введенного реагента будет достаточным для протекания реакции с органическим веществом. Так, применение хлора является не всегда эффективным для окисления веществ, вызывающих запахи и привкусы воды. Количество хлора, необходимое для их окисления, выше оптимальной дозы хлора для обеззараживания воды.[ ...]
Для идентификации органических примесей по ИК-спектрам в природных и сточных водах после их разделения и выделения химическими методами выбран вариант ИПС с банком данных, содержащим описание ограниченного числа органических соединений, нормированных как загрязняющие примеси для вод, а также некоторых других наиболее распространенных органических соединений (рис. 1). Этот вариант имеет два главных преимущества по сравнению с ИПС, имеющими банки данных большого объема: во-первых, можно воспользоваться небольшой ЭВМ с относительно малым объемом памяти, более доступной и недорогой; во-вторых, увеличивается скорость поиска и надежность идентификации соединения, поскольку в ответ на запрос выдаются данные для малого числа соединений с близкими характеристиками .[ ...]
Для оценки питьевой воды важно иметь представление о количестве содержащихся в ней органических веществ и о характере этих веществ. В первую очередь имеет значение токсичность органических примесей, которые могут попадать в природную воду вместе с некоторыми производственными стоками. В табл. 2 приложения 1 дана санитарно-токсикологическая характеристика некоторых органических веществ промышленных сточных вод.[ ...]
Для очистки сточных вод применяют искусственные и природные минеральные и органические катиониты. Минеральные катиониты, несмотря на невысокую стоимость, не получили широкого распространения вследствие малой обменной емкости и недостаточной стойкости, хотя некоторые из них (например, вермикулит, монгмориллонит, доломит) рекомендуется применять для очистки сточных вод от радиоактивных примесей . Чаще используют органические искусственные сильнокислотные (КУ-1, КУ-2, сульфоуголь, Вофатиты и др.) и слабокислотные (КБ-4, СГ-1, Амберлайты и др.) катиониты. Характеристика некоторых катионитов приведена в табл. 6.3.[ ...]
Хлоропоглощаемость воды - поглощение хлора примесями воды. В природной воде часть хлора расходуется на окисление органических и минеральных примесей, поэтому зависимость остаточного хлора от введенного может иметь различный вид (см. рис.[ ...]
Когда такие грунтовые воды становятся поверхностными, повышенное в них содержание примесей органического происхождения представляет угрозу. В то время как загрязнения природного происхождения, например опавшая листва и унесенные водой обломки деревьев, играют незначительную роль, бытовые, сельскохозяйственные и производственные сточные воды являются источниками опасности. Вследствие широко разветвленной канализации бытовая и хозяйственная вода со всеми содержащимися в ней примесями поступает преимущественно в поверхностные воды.[ ...]
При очистке сильно окрашенных природных вод едкий натр (гидроксид натрия) и соду (карбонат натрия) следует применять для подщелачивания воды, не содержащей хлопьев гидроксидов с сорбированными органическими веществами. Так как известь (оксид кальция) в очищенную воду не может быть введена, то ее следует добавлять в тех местах очистных сооружений, где находится вода, освобожденная от основной массы хлопьев и окрашивающих веществ. Мел в связи с меньшим стабилизирующим действием его на органические примеси можно вводить в воду после завершения процесса коагуляции и сорбции окрашенных веществ на образующихся гидроксидах, не ожидая их удаления из воды.[ ...]
Биологическая очистка сточных вод играет главную роль в освобождении воды от органических и некоторых минеральных загрязнений. Она сходна с природным процессом самоочищения водоемов. Биоочистка осуществляется сообществом организмов, которое состоит из различных бактерий, водорослей, грибков, простейших, червей и др. Процесс очистки основан на способности этих организмов использовать растворенные примеси для питания, роста и размножения.[ ...]
Характер взаимодействия пахнущих органических примесей природных вод с хлором или его производными представляет значительный интерес, поскольку хлор является реагентом, повсеместно применяющимся при подготовке воды для питьевых целей.[ ...]
Колебательные состояния молекул воды, ответственные за комбинационное рассеяние, имеют время релаксации 10“‘1 с, поэтому сигнал КР линейно связан с интенсивностью возбуждающего излучения в очень широких пределах. При перестройке длины волны излучения для оптимального возбуждения флуоресцирующей примеси благодаря фиксированному сдвигу линии КР относительно линии возбуждающего излучения нормировка на сигнал КР может осуществляться в широком спектральном диапазоне.[ ...]
Разработан ряд приборов и методик для суммарного определения органических веществ в сточных водах: быстрый метод (чувствительность менее 2 мг/л), основанный на окислении органических веществ кислородом ; прибор улучшенной конструкции, позволяющий проводить прямое и точное определение малых количеств углерода (чувствительность 0,5 мг/л) ; анализатор для непрерывного автоматического определения органического углерода в воде и сточных водах, выполняющий три функции: 1) предварительная очистка пробы сточных вод для удаления неорганических соединений; 2) окисление органических примесей и 3) количественное определение двуокиси углерода ; автоматический прибор с непрерывным анализирующим устройством, позволяющий за один рабочий цикл из одной пробы определять как органический углерод, так и ХПК ; прибор для анализа воды в водоемах, позволяющий определить общую концентрацию углерода в воде и концентрацию углерода, входящего в состав органических примесей (чувствительность 1 мг/л, на одно определение затрачивается 2 мин) . По данным , в природных водах автоматически определяется суммарный углерод - 20 проб в час, чувствительность 0,2 мг/л. По данным , автоматическими приборами одновременно определяются органический углерод и ХПК в течение 2-3 мин в пробах воды и сточных вод от нескольких десятков миллилитров до нескольких десятков микролитров. Пробы воды предварительно выпаривают и после их концентрирования сжигают при 1000°С в токе воздуха в присутствии катализатора.[ ...]
Исходя из анализа закономерностей, которым подчиняются процессы очистки воды, он сгруппировал загрязнения по признаку их физико-химического состояния в воде, которое в известной степени определяется дисперсностью вещества. Указанный принцип позволил объединить в небольшое количество групп самые разнообразные по химической и физической характеристике примеси природных и сточных вод. По этому признаку все вещества делятся на четыре группы: две гетерогенные, в которых частицы не полностью смешиваются с водой, и две гомогенные, дающие с водой истинные растворы. Этими группами являются: 1) взвеси, 2) коллоидные растворы, 3) органические молекулы и растворенные газы, 4) электролиты.[ ...]
Согласно основ водного законодательства СССР, правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами (№ 1166-74) и в соответствии с /104-107/, сброс стоков в природные объекты должен контролироваться. Не разрешается сбрасывать вредные примеси в стоках с концентрациями, превышающими ЦДК для природных вод. Гвдрохшкческие характеристики (теше£>атура, pH, минеральный состав, взвешенные и органические вещества) не должны превышать определенных; значений, соответствующих характеристикам реки или водоема, в который производится данный оброс (табл. 55).[ ...]
По содержанию взвешенных веществ и окрашенных гумусовых соединений различают высокомутные и высокоцветные воды. Кроме окрашенных органических примесей в природных водах присутствуют и бесцветные органические вещества - продукты жизнедеятельности микроорганизмов и соединения, поступающие со сточными водами.[ ...]
В книге изложены опубликованные в литературе работы, а также исследования автора по изучению природы и свойств органических примесей воды, определяющих ее органолептические показатели, описаны существующие; методы очистки воды и дана их сравнительная оценка, предложены методы обработки природных вод с ухудшенными органолептическими показателями.[ ...]
Наряду с использованием существующих методов, совершенствованием известных физических, химических и биологических методов очистки природных и сточных вод от содержащихся в них вредных примесей необходима разработка новых методов. В связи с изложенным, заслуживает особого внимания разработка принципов использования материалов с адсорбционными свойствами. Использование материалов с адсорбционными свойствами или повышенной адгезионной активностью позволит усовершенствовать методы водоочистки для удаления из воды не только минеральных и органических примесей I и II групп. Применение названных выше материалов, по-вндимому, может оказаться наиболее реальным путем в разрешении проблемы обеззараживания воды от устойчивых форм патогенных микроорганизмов.[ ...]
Определение следовых количеств поверхности о-активных веществ вводе методом полярографии (374). Определение метилметакри-лата веточных водах методом полярографии (370). Определение-малых концентраций нитроииклогексана в сточной воде методом полярографии (377). Определение крезолов в сточных водах методом полярографии (379). Определение бензола в сточных Бодах методом полярографии (380). Определение малеиновой, фумаровой и фталевоп кислот в сточных водах методом полярографии (331). Определение малых содержаний органических примесей в промышленных стоках экстракционно-полярографическим методом (382). Определение нптросоедннений в сточных водах методом полярографии (384). Определение анионоактивных, катионоактивных и неионогенных поверхностно-активных веществ (ПАБ) в сточных водах методом полярографии »385). Определение нитратов в сточных водах методом полярографии (387). Определение иодидов в сточных водах методом полярографии (388). Определение мышьяка (111) в сточных водах методом полярографии (389). Определение свинца и ртути в сточных водах производственных предприятий методом полярографии (390). Определение алюминия, железа, меди, кадмия, цинка, кобальта, никеля, титана, хрома, марганца в сточных водах из одной пробы методом полярографии и фотоэлектроколориметрии (392). Определение натрия в природных водах методом полярографии (394). Определение меди, цинка и кадмия в морской воде, промышленных и сточных водах адсорбционно-полярографическим методом (395). Определение цинка в сточных водах методом полярографии (396). Определение меди в сточных водах методом полярографии (398). Определение никеля в сточных водах методом полярографии (401). Определение меди, свинца, кадмия и цинка в воде из одной пробы методом переменно-токовой полярографии (403).[ ...]
Наличие связи между загрязнением окружающей среды и заболеваниями населения приводит к необходимости качественного и количественного определения органических примесей в воде, которые, в частности, образуются в виде нежелательных побочных продуктов при дезинфекции хлором или озоном. По-видимому, основная часть органических веществ в природных и сточных водах состоит из соединений, обладающих малой летучестью, главным образом, гуминовых веществ .[ ...]
Полярографический метод анализа предпочтительнее колориметрического, например при определении формальдегида , инсектицида «Немагон» и еще ряда органических соединений. Наряду с методами АПН и классической полярографии к анализу природных и сточных вод на содержание органических компонентов привлекаются методы пульс- и осциллополярографии, позволяющие значительно (до 10 6 моль/л) повысить чувствительность определений. Исследовано полярографическое и пульс-полярографическое поведение ряда триалкилзамещенных соединений олова и разработаны методики их определения в сточных водах . Большая работа по подбору условий осциллополярографического определения ряда соединений (тиурам, формальдегид, стеарат цинка, анилин и капролактам) описана в работах . В основу автоматизированных методов определения ряда органических примесей могут быть положены принципы прямоточной осциллополярографии.[ ...]
Специалист геологоразведочной службы США Ф. Д. Сислер изучал биохимические процессы, протекающие в морских глубинах, где бактерии используют содержащийся в воде водород. В природных условиях энергия, производимая этим гигантским генератором топлива, рассеивается. На основании этих наблюдений была создана лабораторная установка из двух секций - анодной и катодной, электроды которых разделены ионно-диффузионным мостом. В анодную секцию была залита смесь морской воды и органических примесей (кукурузные початки, древесные опилки и т. д.), обогащенная колониями микроорганизмов. Катодная секция была заполнена морской водой, обогащенной кислородом.[ ...]
Работы Углова, Лазарева и Александрова по бактерицидному дейст-вию малых концентраций солей серебра подтвердили необходимость продолжительного времени контакта воды с посеребренным песком при использовании последнего для дезинфекции. Существенным недостатком этого метода является не только длительность процесса обогащения воды серебром но и невозможность управлять им из-за того, что скорость растворения металла зависит от состояния его поверхности, солевого состава, органических примесей природной воды и т. д. При получении серебряной воды таким методом не удается дозировать серебро и осуществлять контроль над процессом.[ ...]
Так, оседание минеральных частиц на участках реки с замедленным течением или насыщение кислородом холодных бурных горных рек - чисто физические процессы. Регуляция ионного состава природных вод происходит как по физико-химическому, так и по биологическому пути. Образование нерастворимых соединений, постоянный проток, ионообменные процессы, прямое окисление органических веществ растворенным кислородом - в основе своей физико-химические процессы. Вместе с тем водная растительность активно поглощает ионы фосфатов и нитратов, осуществляет активный газообмен, поглощает из воды многие биогенные элементы, вводя их в трофические сети водных экосистем. Ведущую роль в окислении органических примесей играют микроорганизмы.[ ...]
При анализе очень сложных смесей, когда идентификация компонентов только при помощи газовой хроматографии затруднена, все чаще используют комбинацию газовой хроматографии и. масс-спектрометрии - хромато-масс-спектроме-трию. Применение такой комбинации для определения состава органических примесей в природных и сточных водах описано в ряде работ, требующих специального рассмотрения.[ ...]
Отличительной особенностью установок обратного осмоса является простота их конструкции и эксплуатации , удаления из воды некоторых органических примесей и поверхностно-активных веществ и природных загрязненных вод .
Вредное воздействие органических веществ на водный объект могут оказывать:
1. Индивидуальные органические вещества вследствие их токсичности;
2. Вся совокупность органических веществ, присутствующих в водном объекте. Это последнее влияние может быть двояким:
2.1. Органические вещества не обязательно токсичны. Многие из них, если присутствуют в небольших концентрациях, могут считаться полезными, т.к. служат пищей для микроорганизмов. Однако чаще мы встречаемся с вредным влиянием органических веществ. Аэробные микроорганизмы, в питании которых используются органические вещества, потребляют кислород, растворенный в воде. Если это потребление превышает пополнение свежим кислородом за счет фотосинтеза или поглощения из воздуха на поверхности водоема (реаэрация), наступают губительные для аэробных живых организмов условия. Но если загрязнение органическими веществами и связанное с этим потребление кислорода не переходит умеренных границ, т.е. сохраняются аэробные микроорганизмы, то органические примеси частично окисляются последними (диссимиляция), частично используются для создания биомассы (ассимиляция) и постепенно удаляются из воды.
2.2. Кроме того, органические загрязняющие вещества в своей совокупности могут оказывать и другое разнообразное отрицательное действие. Их присутствие отражается на цвете и прозрачности воды; часто под их влиянием неспецифические запахи и привкусы становятся более заметными; при подготовке питьевой воды путем хлорирования или озонирования увеличивается расход окислителя, что приводит к ухудшению вкуса питьевой воды.
Из сказанного следует, что в первую очередь представляют интерес те органические загрязнения, которые подвергаются быстрому окислению микроорганизмами, далее уделяется внимание всем остальным органическим примесям, поскольку в любом случае их присутствие в воде нежелательно.
При анализе вод прежде всего определяют суммарное содержание органических примесей. Цель такого определения может быть различной. Так анализ родниковых и грунтовых вод с низким содержанием органических загрязнителей должен подтвердить возможность их использования в качестве питьевых; анализ поверхностных вод позволяет выяснить пути поддержания их кислородного бюджета, а также возможность их использования; при исследовании сильно загрязненных бытовых и сточных вод решается вопрос о возможности загрязнения ими отстойника или о методах их очистки.
Издавна известны простые методы определения суммарного содержания органических веществ, не дающие, однако, полных и точных сведений, например, определение потери при прокаливании. Потеря при прокаливании показывает массу органических и неорганических веществ, улетучивающихся или разлагающихся при прокаливании (600 о С) с образованием летучих продуктов.
Цветность природных вод связана с содержанием органических веществ – фульвокислот, придающих воде окраску.
К интегральным методам контроля относится оценка содержания органических загрязнений по суммарному углероду.
Общий органический углерод (С орг.)
Определение органического углерода основано на определении выделившегося при его окислении СО 2 .Окисление органического углерода можно проводить одним из двух способов:
1. Сухое сжигание органических веществ в токе кислорода над катализатором (окись меди) при 900 о С.
2. Мокрое окисление, например, бихроматом калия K 2 Cr 2 O 7 в кислой среде или персульфатом K 2 S 2 O 8 с использованием катализатора.
Оба способа обеспечивают интенсивное окисление и получение сравнимых результатов при анализе вод различных типов.
Процесс мокрого окисления протекает по схеме:
2 Cr 2 O 7 2- + 14 H + + 6 = 2 Cr 3+ + 7 H 2 O
3 C o – 4 +2 H 2 O = CO 2 + 4 H ___________
2 Cr 2 O 7 2- + 16 H + + 3 C o = 4 Cr 3+ + 3 CO 2 + 8 H 2 O
Для ускорения реакции «мокрого» окисления в качестве катализатора используют Ag 2 SO 4 .
Определению мешают неорганический связанный углерод, находящийся в карбонатах, и растворенная СО 2 . Их удаляют при сухом сжигании продуванием смеси при рН 4,6 – 4,8 током кислорода или при мокром окислении выстаиванием пробы с кислым раствором K 2 Cr 2 O 7 без нагревания. При этом окисляются все неогранические соединения, а СО 2 удаляется током воздуха.
Углекислый газ, образовавшийся при разложении органических веществ, определяют методом ИК-спектроскопии или, после каталитического гидрирования на Ni-катализаторе до метана, определяют хроматографически с пламенно-ионизационным детектором.
Определение выделившегося CO 2 можно производить и химически: гравиметрически после поглощения аскаритом (асбест, пропитанный NaOH) или титриметрически после поглощения KOH или Ba(OH) 2:
CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 ; H 2 CO 3 + KOH = KHCO 3 + H 2 O
Образовавшийся HCO 3 - титруют кислотой до рН 4,3.
Ba(OH) 2 + CO 2 = BaCO 3 + H 2 O
BaCO 3 титруют кислотой по фенолфталеину.
Существуют и автоматические анализаторы, непрерывно регистрирующие содержание органического углерода в потоке воды. Принцип работы их в следующем: проба воды выпаривается и сжигается при t = 1000 о С в токе воздуха в присутствии катализатора. Для определения образующейся СО 2 используют разные методы, например, изменение теплопроводности газа, но чаще всего определение заканчивают ИКС методом в упрощенном приборе, т.к. измеряют только пик образующейся СО 2 .
Описанными методами определяется только углерод органических веществ, а водород и др. элементы не определяются. Поэтому получение количественных данных о содержании органических веществ возможно лишь, если известен их элементный состав.
Если качественный состав органической части пробы воды мало изменяется, то легко найти соотношение между средней молярной массой этих веществ и содержанием органического углерода, и таким образом получить коэффициент для пересчета содержания органического углерода на количество органических веществ, выраженное в мг/л. Для сточных вод пищевой промышленности, бытовых сточных вод и других, в которых органические вещества представлены в основном углеводами, белками и продуктами их распада, этот коэффициент можно принять равным 2,4 – 2,5. Для сточных вод, прошедших биохимическую очистку, для сточных вод химических и др. промышленных производств эти коэффициенты могут сильно различаться. Поэтому их определяют индивидуально для каждого типа вод.
Кроме того, по значению общего органического углерода нельзя получить точных сведений о предполагаемом потреблении кислорода на их полное окисление, т.к. для этого нужно еще иметь данные о содержании водорода в органических веществах, который тоже будет окисляться, и о кислороде, который входит в состав молекул этих веществ.
Растворенный кислород
Растворенный кислород находится в природной воде в виде молекул O 2 . На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. К первой группе процессов, обогащающих воду кислородом, следует отнести:
- процесс поглощения кислорода из атмосферы; скорость этого процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации;
- выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза, который протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше биогенных веществ (P, N и др.) в воде;
- поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно пересыщены кислородом.
К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции потребления его на окисление органических веществ: биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий, расход кислорода на разложение органических веществ) и химическое (окисление Fe 2+ , Mn 2+ , NO 2 - , NH 4 + , CH 4 , H 2 S). Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и других водных организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению. Кроме того, уменьшение содержания кислорода в воде может происходить вследствие выделения его в атмосферу из поверхностных слоев и только в том случае, если вода при данных температуре и давлении окажется пересыщенной кислородом.
В поверхностных водах содержание растворенного кислорода варьирует в широких пределах - от 0 до 14 мг/л - и подвержено сезонным и суточным колебаниям. Последние зависят от интенсивности процессов его продуцирования и потребления, поэтому пробу на кислород отбирают до 12 часов дня, пока содержание кислорода за счет фотосинтеза не достигло больших значений (при осуществлении мониторинга стараются зафиксировать наихудшие условия). Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.
Концентрация кислорода определяет величину окислительно-восстановительного потенциала и в значительной мере направление и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Кислородный режим оказывает глубокое влияние на жизнь водоема. Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/л. Понижение его до 2 мг/л вызывает массовую гибель (замор) рыбы. Неблагоприятно сказывается на состоянии водного населения и пересыщение воды кислородом в результате процессов фотосинтеза при недостаточно интенсивном перемешивании слоев воды.
Определение кислорода в поверхностных водах включено в программы наблюдений с целью оценки условий обитания гидробионтов, в том числе рыб, а также как косвенная характеристика оценки качества поверхностных вод и регулирования процесса самоочищения. Содержание растворенного кислорода существенно для аэробного дыхания и является индикатором биологической активности (т.е. фотосинтеза) в водоеме. Однако, поскольку содержание растворенного кислорода является следствием различных процессов, однозначной связи между содержанием растворенного кислорода и органических веществ в воде нет. Поэтому были разработаны лабораторные методы оценки потребности в кислороде на окисление присутствующих в воде органических веществ, или показатели окисляемости.
Окисляемость
Окисляемость является косвенным показателем содержания органических веществ в воде, т.к. характеризует не концентрацию органических веществ, а свойство воды расходовать растворенный кислород на окисление присутствующих в ней органических веществ.
Итак, в зависимости от степени загрязнения вода содержит большее или меньшее количество восстановителей (в первую очередь, органических веществ), окисляющихся сильными окислителями: перманганатом, бихроматом и т.д. Количество кислорода, эквивалентное количеству окислителя, расходуемого на окисление содержащихся в 1 л воды восстановителей, называется окисляемостью. Она определяется в мг кислорода на 1 литр воды (мг О/л).
Состав органических веществ в природных водах формируется под влиянием многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступления из других водных объектов, с поверхностными и подземными стоками, с атмосферными осадками, с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Образующиеся в водоеме и поступающие в него извне органические вещества весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам, в том числе по устойчивости к действию разных окислителей. Соотношение содержащихся в воде легко- и трудноокисляемых веществ в значительной мере влияет на окисляемость воды в условиях того или иного метода ее определения.
Величины окисляемости природных вод изменяются в пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологической продуктивности водоемов, степени загрязненности органическими веществами, а также от влияния органических веществ естественного происхождения, поступающих из болот, торфяников и т.п. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли миллиграмма на 1 л), исключение составляют воды нефтяных месторождений и грунтовые воды, питающиеся за счет болот. Горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2-3 мг О/л, реки равнинные - 5-12 мг О/л, реки с болотным питанием - десятки миллиграммов на 1 л.
В водоемах и водотоках, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).
Итак, в зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную окисляемость (перманганатный индекс) и бихроматную окисляемость (ХПК – химическое потребление кислорода). Результаты определения окисляемости одной и той же пробы воды, но с применением различных окислителей, обычно различаются, вследствие неодинаковой степени окисления этими окислителями различных веществ в анализируемой воде. Это зависит не только от свойств окислителя, но и от его концентрации, температуры, рН и т.д. Поэтому все методы определения окисляемости условны, а получаемые результаты сравнимы, только если точно соблюдаются все условия проведения определения.
Сопоставим различные методы измерения концентрации органических веществ (рис.1):
Рис.1. Сравнительная характеристика методов определения
Наиболее очевидным показателем концентрации органических веществ в воде (характеризует их содержание на 100%) является теоретическая потребность в кислороде (ТПК, или теоретическая ХПК), которая соответствует потребности в кислороде для окисления органических веществ, определенной на основе стехиометрического уравнения реакции окисления.
Теоретическая потребность в кислороде – это количество кислорода (или окислителя в расчете на кислород), в мг/л, необходимое для полного окисления содержащихся в пробе органических веществ, при котором углерод, водород, сера, фосфор и другие элементы, кроме азота, если они присутствуют в органическом веществе, окисляются до своих высших оксидов:
а азот превращается в аммиак или аммонийную соль:
N ® NH 3 (NH 4 +).
При этом кислород, входивший в состав окисляемых органических веществ, участвует в процессе окисления, а водород этих соединений отдает по три атома на каждый атом азота при образовании аммиака (NH 3) или по два атома на каждый атом кислорода при образовании воды (H 2 O).
Примеры расчета удельной ТПК:
1. Щавелевая кислота
H 2 C 2 O 4 + O = 2 CO 2 + H 2 O
1 мг - ТПК уд.
ТПК уд. = мг О/мг щавелевой кислоты.
2. Глюкоза
С 6 Н 12 О 6 + 12 О = 6 СО 2 + 6 Н 2 О
М=180г - 12×16г
1 мг - ТПК уд.
ТПК уд. = 
мг О/мг глюкозы
3. Уксусная кислота
С 2 Н 4 О 2 + 4 О = CO 2 + H 2 O
М=60г - 4×16г
1 мг - ТПК уд.
ТПК уд. = мг О/мг уксусной кислоты
С 3 H 7 NO 2 + 6 O = 3 CO 2 + 2 H 2 O + NH 3
M= 89г - 6×16г
1 мг - ТПК уд.
ТПК уд. = мг О/мг анилина
Для некоторых индивидуальных компонентов бытовых и аналогичных им по составу производственных сточных вод удельные ТПК равны:
Сахароза 1,12
Пептон 1,20
Альбумин 1,32
Казеин 1,39
Если органическое вещество бытовых сточных вод, состоящее преимущественно из остатков белковых молекул и углеводов, представить как (СН 2 О) n , то теоретически окисляемость должна быть равна:
(СН 2 О) n + 2n O = n CO 2 + n H 2 O
1 мг - ТПК уд.
ТПК уд. = мг О/мг органического в-ва бытовых сточных вод.
Лабораторная оценка теоретической потребности в кислороде осуществляется путем окисления бихроматом калия в сильнокислой среде в присутствии катализатора Ag 2 SO 4 . Количество кислорода, эквивалентное количеству пошедшего на окисление органических веществ бихромата называется бихроматной окисляемостью или ХПК (химическое потребление кислорода).
Процесс протекает по схеме:
2 Cr 2 O 7 2- + 16 H + + 3 C o = 4 Cr 3+ + 3 CO 2 + 8 H 2 O,
полностью идентичной схеме протекания мокрого окисления при определении общего органического углерода С орг. . Окисление ускоряется и охватывает даже такие трудно окисляемые вещества, как уксусная кислота и аминокислоты, если реакцию проводить в присутствии катализатора Ag 2 SO 4 .
Схема катализа:
В реакцию вводят строго определенное количество бихромата калия. После окисления избыток Cr 2 O 7 2- оттитровывают солью Мора Fe 2 (NH 4) 2 (SO 4) в присутствии индикатора (ферроина или фенилантраниловой кислоты):
Cr 2 O 7 2- + 6 Fe 2+ + 14 H + = 6 Fe 3+ + 2 Cr 3+ + 7H 2 O
Результат выражают в мг О/л с учетом того, что 1 молекула Cr 2 O 7 2- эквивалентна трем атомам кислорода.
Несмотря на то, что бихромат является сильным окислителем и окисляет практически все органические вещества, результат определения ХПК составляет 95-98% от теоретического ХПК (или ТПК). Потеря 2-5% объясняется, главным образом, образованием летучих, устойчивых к окислению продуктов распада (СО, СН 4). В обычных условиях проведения процесса не окисляются только пиридин и некоторые другие азотсодержащие гетероциклы (пиррол, пирролидин, никотиновая кислота), а также малорастворимые в воде углеводороды, такие как бензол и его гомологи, парафин и нафталин. Если анализируемая проба содержит неорганические восстановители, то количество их, определенное отдельно, должно быть вычтено (в пересчете на кислород) из результата определения ХПК.
В программах мониторинга ХПК используется в качестве меры содержания органического вещества в пробе, которое подвержено окислению сильным химическим окислителем. ХПК применяют для характеристики состояния водотоков и водоемов, поступления бытовых и промышленных сточных вод (в том числе, и степени их очистки), а также поверхностного стока. Этот метод является основным при анализе сточных и загрязненных вод, окисляемость которых > 100 мг О/л. Его можно использовать и для анализа вод с окисляемостью 5 – 100 мг О/л, но воспроизводимость будет хуже (±10%). Для более чистых вод метод не применим, т.к. дает неточные результаты: малое количество окислителя, затраченного в реакции, определяется как разность двух больших величин – количества K 2 Cr 2 O 7 до окисления и оставшегося количества K 2 Cr 2 O 7 после окисления.
Однако значение ХПК чистых вод, используемых в качестве питьевых, представляет особый интерес. Поскольку органические загрязнители реагируют с K 2 Cr 2 O 7 практически полностью, следовательно ХПК является более достоверной мерой окисляемости (чем ПО, где окисление происходит лишь на 40 – 60%), по которой можно судить о требуемом количестве озона или хлора, используемого при водоподготовке.
В этой связи особый интерес представляют автоматические приборы для измерения ХПК. В одном из таких приборов пробу воды выпаривают в токе азота, затем сжигают в точно отмеренном количестве кислорода под действием катализатора при высокой температуре и потенциометрическим методом определяют остаточное количество кислорода.
Нормативы на ХПК для воды водоемов хозяйственно-питьевого водопользования – 15 мг О/л, культурно-бытового – 30 мг О/л.
Значение ХПК хотя и служит мерой общего содержания в воде органических загрязнений, все же (как и С орг.) оно недостаточно для количественного расчета загрязнений, если неизвестен элементный состав этих органических примесей. Фактор пересчета (1 мг загрязнителя = 1,2 мг О/л ХПК) изменяется в зависимости от содержания O и N в органических веществах.
В настоящее время уделяется повышенное внимание определению отношения ХПК/С орг. в поверхностных и сточных водах. Естественно, что при анализе сравнительно чистых вод эту величину находят со значительными ошибками, как вследствие разброса в результатах ХПК, так и потому, что С орг. определяется как малая разность двух больших величин: содержания общего и неорганического углерода.
Это отношение для всех углеводов (глюкозы, сахарозы, полисахаридов) имеет одно и то же значение, равное 2,67. Это же значение получится для уксусной и молочной кислот. Для белков, приняв их средний состав: С – 53%, Н – 7%, О – 23%, N – 17%, S – 0,25%, получим величину 2,8. Если для гуминовых кислот среднее соотношение С:Н:О:N = 16:17:8:1, то для них ХПК/С орг. = 2,6.
Таким образом, для основных органических веществ природного происхождения отношение ХПК/С орг. = 2,6 – 2,8. Это же можно сказать и об органических веществах в сточных водах пищевой промышленности и бытовых сточных водах, не загрязненных промышленными стоками.
Проверим сказанное расчетным путем на примере сахарозы:
С 12 Н 22 О 11 + 24О = 12 СО 2 + 11 Н 2 О
М=342 г - 24×16 г
1 мг - ТПК уд.
ТПК уд. = 
мг О/мг сахарозы;
С 12 Н 22 О 11 - 12 С
М=342 г - 12×12 г
1 мг - С орг,уд.
С орг,уд. = 
мг С/мг сахарозы
Возьмем отношение: ТПК уд. /С орг.,уд. =1,12/0,42 = 2,67.
Отношение ХПК/С орг. удобнее, чем ХПК и С орг. отдельно. Величина ХПК отражает не только содержание органического углерода в пробе, но и содержание кислорода, водорода в молекулах окисляемых органических веществ. Водород требует соответствующего количества кислорода на превращение его в воду; чем больше водорода в молекуле, тем выше ХПК. С другой стороны, кислород, входящий в состав молекулы окисляющегося вещества, участвует в образовании молекул СО 2 и Н 2 О и, следовательно, чем его больше, тем меньше ХПК.
ХПК и С орг. в отдельности не могут характеризовать ни природу органического загрязнителя, ни его количество, если не известен элементный состав. При вычислении отношения ХПК/С орг. молярная масса органического вещества сокращается:
ХПК/С орг. (для сахарозы) = 
и отношение характеризует количество кислорода (в мг), необходимое на окисление 1 мг углерода, имеющегося в молекуле загрязнителя.
Поскольку в большинстве органических веществ природного происхождения соотношение Н:О = 2:1, т.е. как в молекуле воды, или, иными словами, формальная степень окисления углерода равна 0, то кислород окислителя расходуется лишь на окисление углерода до СО 2 . Поэтому для природных органических веществ отношение ХПК/С орг. характеризуется столь стабильной величиной, равной 2,67:
С о + 2О = СО 2
М=12 г - 2×16 х = ХПК/С орг. =
Для веществ с более высоким содержанием углерода и водорода, т.е. когда формальная степень окисления углерода < 0, на окисление каждого атома углерода до СО 2 требуется больше кислорода, а следовательно ХПК/С орг. > 2,67.
Следовательно, если ХПК/С орг. > 3, то это сигнал о том, что вода загрязнена веществами с относительно длинными углеводородными цепями в молекулах (предположительно продуктами химических производств или нефтепродуктами). Воду тогда более подробно анализируют. Можно определить в ней содержание нефтепродуктов, вычесть отвечающие ему величины ХПК и С орг. соответственно из числителя и знаменателя дроби ХПК/С орг. и получить новое значение этого показателя, по которому можно судить о присутствии в воде других загрязняющих ее веществ с длинной углеводородной цепью в молекуле.
Примеры таких веществ:
Если формальная степень окисления углерода в органической молекуле > 0, то ХПК/С орг. < 2,67. Самое маленькое значение этого отношения у щавелевой кислоты: ХПК/С орг. = 0,67.
Таким образом, этот показатель является характеристикой загрязненности вод промышленными сточными водами. Отражая соотношения между количеством С, Н, N и О в молекулах органических соединений, он дает полезную информацию о природе этих соединений.
III. III. Внереализационные доходы и расходы (показатели 12, 13, 14,15, 16)Органические вещества в природных водах - продукты растений и животных, населяющих водную среду, представленные соединениями углерода с другими элементами. В воде водоемов содержится большое количество самых разнообразных органических соединений.
Углеводороды (нефтепродукты).
Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Большие количества нефтепродуктов поступают в поверхностные воды при перевозке нефти водным путем, со сточными водами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, металлургической и других отраслей промышленности, с хозяйственно-бытовыми водами. Некоторые количества углеводородов поступают в воду в результате прижизненных выделений растительными и животными организмами, а также в результате их посмертного разложения.
Метан принадлежит к газам биохимического происхождения. Основным источником его образования служат дисперсные органические вещества в породах. В чистом виде он иногда присутствует в болотах, образуясь при гниении болотной растительности.
Бензол представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом.В поверхностные воды бензол поступает с предприятий и производств основного органического синтеза, нефтехимической, химико-фармацевтической промышленности, производства пластмасс, взрывчатых веществ, ионообменных смол, лаков и красок, искусственных кож, а также со сточными водами мебельных фабрик.
Фенолы представляют собой производные бензола с одной или несколькими гидроксильными группами. 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.Фенолы являются одним из наиболее распространенных загрязнений, поступающих в поверхностные воды со стоками предприятий нефтеперерабатывающей, сланцеперерабатывающей, лесохимической, коксохимической, анилинокрасочной промышленности и др.
Гидрохинон
В поверхностные воды гидрохинон попадает со сточными водами производства пластмасс, кинофотоматериалов, красителей, предприятий нефтеперерабатывающей промышленности.
Метанол попадает в водоемы со сточными водами производств получения и применения метанола.
Этиленгликоль
Этиленгликоль попадает в поверхностные воды со сточными водами производств, где он получается или применяется (текстильная, фармацевтическая, парфюмерная, табачная, целлюлозно-бумажная промышленности).
Органические кислоты
Органические кислоты относятся к числу наиболее распространенных компонентов природных вод различного происхождения и нередко составляют значительную часть всего органического вещества в этих водах. Состав органических кислот и их концентрация определяются с одной стороны внутриводоемными процессами, связанными с жизнедеятельностью водорослей, бактерий и животных организмов, с другой -- поступлением этих веществ извне.
Органические кислоты образуются за счет следующих внутриводоемных процессов:
- · прижизненных выделений в результате нормальных физиологических процессов здоровых клеток;
- · посмертных выделений, связанных с отмиранием и распадом клеток;
- · выделений сообществами, связанных с биохимическим взаимодействием различных организмов, например водорослей и бактерий;
- · ферментативного разложения высокомолекулярных органических веществ типа углеводородов, протеинов и липидов.
Поступление органических кислот в водные объекты извне возможно с поверхностным стоком, особенно в период половодья и паводков, с атмосферными осадками, промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами и с водами, сбрасываемыми с орошаемых полей.
Муравьиная кислота
В природных водах в небольших количествах муравьиная кислота образуется в процессах жизнедеятельности и посмертного разложения водных организмов и биохимической трансформации содержащихся в воде органических веществ. Ее повышенная концентрация связана с поступлением в водные объекты сточных вод предприятий, производящих формальдегид и пластические массы на его основе.
Пропионовая кислота
Пропионовая кислота может поступать в природные воды со стоками химической промышленности.
Молочная кислота
В природных водах молочная кислота в микрограммовых концентрациях присутствует в результате образования в процессах жизнедеятельности и посмертного разложения водных организмов.
Бензойная кислота
В незагрязненных природных водах, бензойная кислота в небольших количествах образуется в процессах жизнедеятельности водных организмов и их посмертного разложения. Основным источником поступления больших количеств бензойной кислоты в водоемы являются стоки промышленных предприятий, так как бензойная кислота и различные ее производные широко используются при консервировании пищевых продуктов, в парфюмерной промышленности, для синтеза красителей и т.д.
Гумусовые кислоты
Гуминовые и фульвокислоты, объединяемые под названием гумусовые кислоты, нередко составляют значительную долю органического вещества природных вод и представляют собой сложные смеси биохимически устойчивых высокомолекулярных соединений. Главным источником поступления гумусовых кислот в природные воды являются почвы и торфяники, из которых они вымываются дождевыми и болотными водами. Значительная часть гумусовых кислот вносится в водоемы вместе с пылью и образуется непосредственно в водоеме в процессе трансформации "живого органического вещества".
Азот органический
Под "органическим азотом" понимают азот, входящий в состав органических веществ, таких как протеины и протеиды, полипептиды (высокомолекулярные соединения), аминокислоты, амины, амиды, мочевина (низкомолекулярные соединения). Значительная часть азотсодержащих органических соединений поступает в природные воды в процессе отмирания организмов, главным образом фитопланктона, и распада их клеток.
Мочевина
Мочевина (карбамид), будучи одним из важных продуктов жизнедеятельности водных организмов, присутствует в природных водах в заметных концентрациях: до 10-50% суммы азотсодержащих органических соединений в пересчете на азот. Значительные количества мочевины поступают в водные объекты с хозяйственно-бытовыми сточными водами, с коллекторными водами, а также с поверхностным стоком в районах использования ее в качестве азотного удобрения. Карбамид может накапливаться в природных водах в результате естественных биохимических процессов как продукт обмена веществ водных организмов, продуцироваться растениями, грибами, бактериями как продукт связывания аммиака, образующегося в процессе диссимиляции белков.
Анилин относится к ароматическим аминам и представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом. В поверхностные воды анилин может поступать со сточными водами химических (получение красителей и пестицидов) и фармацевтических предприятий.
Диметилсульфид
Диметилсульфид выделяется водорослями в ходе нормальных физиологических процессов, имеющих существенное значение в круговороте серы. В поверхностные воды диметилсульфид может поступать также со стоками предприятий целлюлозной промышленности.
Карбонильные соединения
В природных водах карбонильные соединения могут появляться в результате прижизненных выделений водорослей, биохимического и фотохимического окисления спиртов и органических кислот, распада органических веществ типа лигнина, обмена веществ бактериобентоса. Постоянное присутствие карбонильных соединений среди кислородных соединений нефти и в воде, контактирующей с залежами углеводородов, позволяет рассматривать последние в качестве одного из источников обогащения природных вод этими веществами. Источником карбонильных соединений являются также наземные растения, в которых образуются альдегиды и кетоны алифатического ряда и фурановые производные. Значительная часть альдегидов и кетонов поступает в природные воды в результате деятельности человека.
В природные воды ацетон поступает со сточными водами фармацевтических, лесохимических производств, производства лаков и красок, пластмасс, кинопленки, ацетилена, ацетальдегида, уксусной кислоты, оргстекла, фенола, ацетона.
Формальдегид
Формальдегид поступает в водную среду с промышленными и коммунальными сточными водами. Он содержится в сточных водах производств основного органического синтеза, пластмасс, лаков, красок, лекарственных препаратов, предприятий кожевенной, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности.
Углеводы
Под углеводами понимают группу органических соединений, которая объединяет моносахариды, их производные и продукты конденсации -- олигосахариды и полисахариды. В поверхностные воды углеводы поступают главным образом вследствие процессов прижизненного выделения водными организмами и их посмертного разложения. Значительные количества растворенных углеводов попадают в водные объекты с поверхностным стоком в результате вымывания их из почв, торфяников, горных пород, с атмосферными осадками, со сточными водами дрожжевых, пивоваренных, сахарных, целлюлозно-бумажных и других заводов.
Окисляемость воды - величина, характеризующая содержание в воде органических веществ, окисляемых одним из самых сильных химических окислителей при определенных условиях.
Окисляемость воды выражается в миллиграммах атомарного кислорода, пошедшего на окисление веществ, содержащихся в литре воды.
Количество органических веществ в воде принято определять косвенным методом - по потребному для окисления кислороду. Отсюда, чем больше в воде органических веществ, тем больше кислорода идет на окисление, тем выше окисляемость воды. Следует отметить, что при анализе не полностью окисляются органические вещества и в то же время могут частично окислятся некоторые минеральные соединения (нитриты, сульфаты и закись железа). Поэтому окисляемость воды дает только представление о количестве находящихся в воде легкоокисляющихся веществ, не указывая их природы и фактического содержания.
На правах рукописи
ИЗВЕКОВА Татьяна Валерьевна
ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ, НА КАЧЕСТВО ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (на примере г. Иванова)
Иваново - 2003
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет".
Научный руководитель: Доктор химических наук,
доцент Гриневич Владимир Иванович
Официальные оппоненты: Доктор химических наук,
профессор Базанов Михаил Иванович Доктор химических наук, профессор Яблонский Олег Павлович
Ведущая организация: Институт химии растворов Российской
академии наук (г. Иваново)
Защита состоится 1 декабря 2003 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.063.03 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" по адресу: 153460, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет".
Ученый секретарь
диссертационного совета
Базаров Ю.М.
Актуальность работы. Проблема, связанная с присутствием различных органических соединений в питьевой воде привлекает к себе внимание не только исследователей различных областей науки и специалистов водоподготовки, но и потребителей.
Содержание органических соединений в поверхностных водах изменяется в широких пределах и зависит от многих факторов. Доминирующим из них является хозяйственная деятельность человека, в результате которой поверхностные стоки и атмосферные осадки загрязнены разнообразными веществами и соединениями, включая и органические, которые содержатся в микроколичествах, как в поверхностных водах, так и питьевой воде. Некоторые вещества, такие как пестициды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), хлорорганические соединения (ХОС), включая диоксины, даже в микродозах чрезвычайно опасны для здоровья человека. Это обуславливает их приоритетность наряду с другими экотоксикантами и требует ответственного подхода при выборе технологии водоподготовки, мониторинга и контроля качества, как питьевой воды, так и водоисточника.
Поэтому исследование содержания ХОС как в воде источника водоснабжения, так и появление последних в питьевой воде; определение риска на здоровье населения при краткосрочном и долговременном употреблении воды, как потенциальной опасности угрозы здоровью и для совершенствования действующих систем водоподготовки имеет актуальное значение. В диссертационной работе исследование проводилось на примере У Вольского водохранилища, обеспечивающее
80 % потребления питьевой воды населением г. Иванова. __
Работа выполнена в соответствии с тематическими планами исследований Ивановского государственного химико-технологического университета (2000 - 2003 гг.), ГРАНТом РФФИ № 03-03-96441 и ФЦНП.
Основной целью данной работы было выявление взаимосвязи между качеством воды в Уводьском водохранилище и питьевой водой, а также оценка риска возникновения канцерогенных и общетоксических эффектов у населения. Для достижения этих целей были выполнены:
экспериментальные измерения следующих наиболее важных показателей качества воды: рН, сухой остаток, ХПК, концентрации фенолов, летучих галогеноуглеводородов (хлороформа, чел " ~ [хлорэтана,
Трихлорэтилена, тетрахлорэтилена, 1,1,2,2-тетрахлорэтана), хлорфенолов (2,4-дихлорфенола, 2,4,6-трихлорфенола) и пестицидов (гамма ГХЦГ, ДДТ), как в источнике водоснабжения, так и питьевой воды;
Определены основные источники и стоки углеводородов нефти и фенолов в Уводьском водохранилище;
Расчеты величин риска возникновения канцерогенных и общетоксических эффектов и разработаны рекомендации по снижению вероятности их возникновения у потребителей воды.
Научная новизна. Выявлены закономерности временного и пространственного изменения качества воды в источнике водоснабжения г. Иванова. Установлены взаимосвязи между содержанием основных токсикантов в источнике водоснабжения и качеством питьевой воды, которые позволяют путем варьирования дозы хлора или совершенствованием системы водоподготовки снизить риски развития неблагоприятных канцерогенных и общетоксических эффектов. Установлена взаимосвязь между содержанием взвешенного органического вещества и хлорфенолов в водохранилище и питьевой воде. Показано, что содержание хлороформа обуславливается величинами рН и перманганатной окисляемостью (ПО) природной воды. Впервые определены риски развития неблагоприятных органолептических, общетоксических и канцерогенных эффектов у горожан, а также связанные с этим сокращения ожидаемой продолжительности жизни и ущербы здоровью населения.
Практическая значимость. Впервые определены основные источники (канал Волга-Уводь и атмосферные выпадения) и стоки углеводородов нефти и фенолов (гидродинамический вынос, биохимическая трансформация, седиментация и испарение) в Уводьском водохранилище. Кроме того, полученные экспериментальные данные могут быть использованы как для прогноза изменения качества воды в водохранилище и питьевой воды. Даны рекомендации о водозаборе с контролируемой глубины в определенные времена года, а также для эколого-экономического обоснования необходимости модернизации систем водоподготовки.
Основные положения, выносимые на защиту. 1. Закономерности пространственно-временного и межфазного распределения ХОС в водоеме.
2. Взаимосвязь содержания ХОС в Уводьском водохранилище и в питьевой воде, прошедшей все этапы водоподготовки.
3. Результаты балансовых расчетов по поступлению и выведению углеводородов нефти и фенолов из водоема.
4. Результаты расчета риска для здоровья населения при краткосрочном и долговременном употреблении воды, прошедшей водоподготовку, сокращение ожидаемой продолжительности жизни (LLE) и ущербы, выраженные в денежном эквиваленте, наносимые здоровью населения г. Иваново по статистической стоимости жизни (ССЖ) и ущерб по «минимальному размеру суммы страхования ответственности за причинение вреда жизни, здоровью...».
Публикация и апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены на III Российском научно-техническом семинаре "Проблемы питьевого водоснабжения и пути их решения", Москва, 1997; Всероссийской научно -технической конференции "Проблемы освоения и использования природных ресурсов Северо - Запада России", Вологда, 2002; II Международной научно-технической конференции "Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов", Вологда, 2003.
Объём диссертации. Диссертация изложена на 148 стр., содержит 50 табл., 33 рис. и состоит из введения, литературного обзора, методик исследований, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 146 наименований.
В первой главе рассмотрены основные источники и стоки органических, включая хлорорганические соединения в природных поверхностных водах, механизмы образования и разложения хлорорганических соединений в воде. Дан сравнительный анализ различных методов водоподготовки (хлорирование, озонирование, УФ-излучение, ультразвук, рентгеновское излучение), а также влияние того или иного метода обеззараживания воды на содержание в ней ХОС. Показано, что в настоящее время не существует ни одного метода и средства без тех или иных недостатков, универсального для всех видов обработки воды: подготовки питьевой воды, обеззараживания промышленных стоков, сточных бытовых и ливневых вод. Поэтому наиболее эффективным и экономически выгод-
ным является повышение качества природных вод в источниках водоснабжения. Таким образом, изучение формирования и миграции основных токсикантов в каждом конкретном случае водоснабжения является не только актуальным, но и обязательным как для улучшения качества воды в источнике, так и для выбора метода водоподготовки.
Во второй главе приведены объекты исследований: поверхностный (Уводь-ское водохранилище, рис. 1) и подземный (Горинский водозабор) источники водоснабжения, а также вода из городского водопровода.
Анализ показателей качества проводили по аттестованным методикам: рН -потенциометрическим; сухой остаток и взвешенные вещества определялись весовым методом; химическое (ХПК), биохимическое (БПК5) потребление кислорода и растворенный кислород - титриметрически, летучие фенолы - фотометрически (КФК-2М), нефтепродукты определяли ИК-спектрофотомет-рическим методом («8ресогс1-80М»), летучие галогеноуглеводороды (хлороформ, четыреххлористый углерод, хлорэтилены, хлорэтаны) определяли как газохроматографически, так
и фотометрическими методами, хлор-фенолы и пестициды (гамма ГХЦГ, ДДТ) - газохроматографическими методами (газовый хроматограф марки «Биолют» с детектором электронного захвата (ДЭЗ)). Случайная погрешность измерения ХОС хроматографи-ческими методами (доверительная вероятность 0,95) не превышала 25 %, а относительная погрешность измерения всех остальных показателей качества воды по стандартным методикам не превышала 20 %.
Глава 3. Качество воды в Уводьском водохранилище. Глава посвящена анализу пространственно-временного распределения органических соединений и влияние на них обобщенных показателей (глава 2). Измерения показали, что изменение величины рН не выходит за пределы толерантности водной экосистемы
дохранилища
Мы. за исключением нескольких замеров (станции: плотина, канал). Сезонные изменения - повышение шелочности, а. следовательно, и величины рН воды в летний период связаны в основном с процессами фотосинтеза. Начиная с 1996 года (водозабор) отмечается тенденция к повышению рН. соответственно по годам: 7,8 (1996 г.); 7.9 (1997 г.); 8,1 (1998 г.); 8,4 (2000 г.); 9,0 (2001 г.). что, по-видимому, связано с повышением биопродуктивности водохранилища и накоплением биомассы в воде. Это свидетельствует о постепенном повышении уровня трофности водоема.
Анализ содержания органических веществ (рис. 2) в воде Уводьского водохранилища с 1993 по 1995 г. показал увеличение их содержания до 210 мг/л, причем растворенных органических веществ до 174 мг/л, а во взвешенной форме их содержание возросло до 84 %. Наибольшее количество растворенных органических веществ отмечается в районе д. Рожново, а взвешенные органические вещества более или менее равномерно распределены по водоему.
Исследование содержания органических веществ в составе растворенных и взвешенных форм на водозаборе показало, что в фазы устойчивого водообмена основная масса органических соединений находится в растворенном или коллоидно-растворенном состоянии (93-^98,5 %).
Во время паводка (2 квартал) содержание органических соединений, как в растворенной, так и во взвешенной форме увеличивается, причем взвешенные формы соааюяют 30 35 % от общего содержания органических веществ. Необходимо 01менпь. что в фазы устойчивого водообмена содержание органических соединений и районе водозабора выше, чем в зимние месяцы. По-видимому, это связано с более интенсивными процессами окисления, фотоситеза или гидролиза части органических веществ (возможно нефтепродуктов) и переводом их в растворенное сосюяние.
Величина ПО изменялась в течение 1995-2001 1г. в пределах (мг Оо/л): 6.3-10.5; среднегодовые величины составляли: 6.4-8,5. Содержание биохимически окисляемых органических соединений (БПК5) в воде Уводьского водохра-
■ 1 квартал В 2 квартал ОЗ квартал В 4 квартал
нилища колебалось от 1,1 - 2,7 мг 02/л при нормируемых значениях 2 мг Ог/л по БПК5,аПО- 15мгОг/л.
Максимальное значение цитотоксичности растворов, подверженных окислению (хлорированию, озонированию), возникает при минимальном соотношении БПК/ПО, что указывает на присутствие в растворе биологически неокисляемых соединений. Следовательно, при определенных условиях окисление замещенных соединений может приводить к образованию промежуточных продуктов, имеющих более высокую цитотоксичность.
Результаты измерений (табл. 1) показывают, что наблюдается тенденция уменьшения отношений БПК5/ПО, что свидетельствует о накоплении в водоеме трудно окисляемых органических веществ и является негативным фактором для нормального функционирования водохранилища, и, как следствие, повышается вероятность образования ХОС при хлорировании воды.
Таблица 1
Изменение отношения БПК5/ПО по сезонам_
Сезон Значение БПКз/ПО
1995 г. 1996-1997 г.г. 1998 г. 2000-2001 г.г.
Зима 0,17 0,17 0,15 0,15
Весна 0.26 0,23 0,21 0,21
Лето 0,13 0,20 0,20 0,19
Осень 0,13 0,19 0,19 0,18
Средн. 0,17 0,20 0,19 0,18
За весь исследуемый период времени количество растворенного кислорода в Уводьском водохранилище никогда не падало ниже нормы и абсолютные значения по годам близки между собой. Летом из-за увеличения интенсивности процессов фотосинтеза концентрация растворенного кислорода падает в среднем до 8,4 мг/л. Это приводит к снижению интенсивности окислительных процессов загрязняющих веществ, однако адекватного роста содержания органических соединений (ОС) в 3 квартале не наблюдается (рис. 2). Следовательно, основными каналами разложения ОС являются или фотохимические процессы, или реакции гидролиза и биохимического окисления, а не химического окисления.
Контроль за содержанием органических веществ (рис.3) по акватории водохранилища показал, что среднее содержание летучих фенолов и углеводородов нефти максимально в весенний период и составляет около 9 и 300 ПДКр.х. соответственно. Особенно высокие концентрации отмечаются в районе д. Микшино (14 и 200 ПДКр.х.), д. Рожново (12 и 93 ПДКр.х.) и в близи д. Иванково
более 1000 ПДКр.х. (по нефтепродуктам). Следовательно, накопление в воде Уводьского водохранилища биохимически трудно окисляющихся органических веществ, является следствием загрязнения водохранилища, что и объясняет повышение величины ПО.
1 квартал мг/л
2квартал ю-
3 квартал 5 -
4 квартал О
12 3 4 Нефтепродукты
Рис. 3. Пространственно временное распределение летучих фенолов и нефтепродуктов от времери года по.станциям (1995 г.): 1) плотина, 2) «Мик|ни1ю», 3) ^анал, 4) «Рожново», 5) «Иванково».
Для выясненйя основных причин "повышенного содержания в воде водохранилища фенолов и углеводородов нефти (НП) было измерено их содержание в атмосферных осадках (табл. 2), что позволило из уравнения баланса определить основные источники и стоки этих соединений в водохранилище (табл. 3).
Таблица 2
Концентрации фенолов и углеводородов нефти в атмосферных выпадениях в
Показатель Снежный покров* Дождевые осадки
1 2 3 4 15 1 Сред.
Фенолы, мкг/л 17 12 15 8 19 IV 12
НП. мг/л 0,35 отс 0,1 отс 0,05 0.1 0,3
*1) плотина,2) «Мнкшино», 3) канал, 4) «Рожново», 5) «Иванково».
Таблица 3
Источники и стоки фенолов и углеводородов нефти в Уводьском водохранилище
Соединение Источники поступления, т/год 2, т/год Источники выведения, т/год* А. т/год
Дождевой сток Талые воды Сток Р-Уводь Канал Волга-Уводь ГВ, т/год БТ, т/год и, т/год
Фенолы 0,6 0,3 0,5 0,8 2,2 1,1 0,3 0,6 -0,2 (8,5%)
НП 13,76 2,36 156,3 147,7 320,1 111,6 93,6 96,0 -18,9 (5,9%)
* ГВ - гидродинамический вынос: БТ - трансформация (биохим), И - испарение; X -суммарное поступление; Д - разница между приходными и расходными статьями.
Загрязненность атмосферных выпадений НП, по сравнению с содержанием их в водоеме в весенний паводок невелика и составляет для снега 0,1 мг/л (2 ПДКпит), а для дождя 0,3 мг/л (6 ПДКпит), поэтому повышенные концентрации НП, наблюдаемые весной (рис. 3) в воде Уводьского водохранилища, вызваны другими источниками. Данные табл. 3 показывают следующее:
Основными источниками поступления углеводородов нефти в Уводьское водохранилище является канал Волга-Уводь и сток реки Уводь (примерно по 50 %), атмосферные выпадения и талые воды не оказывают существенного влияния на содержание НП в воде водохранилища;
Для фенолов основными источниками являются все рассматриваемые каналы поступления: канал Волга-Уводь - 36 %, дождевой сток - 26 %, сток р. Уводь - 23 %, талые воды - 15 %;
Определены основные каналы выведения: для фенолов - гидродинамический вынос (~ 50 %); для НП - гидродинамический вынос, испарение и биохимическая трансформация -34,30,29 % соответственно.
Измерения содержания общего органического хлора, включающего летучие, адсорбирующиеся и экстрагирующиеся ХОС (рис. 4), показали, что суммарное содержание ХОС в пересчете на хлор в водохранилище максимально в период весеннего водообмена в районе д. Иванково - 264 и летний период - 225 мкг/л («Микши-но»), а в осенний - канал, Иванково (234 и 225 мкг/л соответственно).
■ 1 квартал
□ 2 квартал
□ 3 квартал В4 квартал
1 2 3 4 5 среди водозабор горнил.
Необходимо отметить, что если в 1995-96г.г. в районе водозабора в пределах чувствительности методик, ХОС не всегда обнаруживались, то в 1998 г. хлороформ регистрировался в 85 % замеров, а четыреххлористый углерод в 75 %. Диапазон варьируемых значений для хлороформа составлял от 0,07 до 20,2 мкг/л, (среднее - 6,7 мкг/л), что в 1,5 раза выше ПДКр.х., а для ССЦ от 0,04 до 1,4 мкг/л (в среднем 0,55 мкг/л), при нормируемом отсутствии его в водотоке. Концентрации хлорэтиленов в воде водохранилища не превышали нормируемых величин, однако в 1998 году летом "зарегистрировали тетрахлорэтилен, присутствие которого в природных водах недопустимо. Измерения, проведенные в 1995 - 1997 г.г. показали отсутствие 1,2 - дихлорэтана и 1,1,2,2-
тетрахлорэтана. но в 1998 году было обнаружено наличие 1,2-дихлорэтана в районе водозабора в период весеннего водообмена.
Хлорфенолы в Уводьском водохранилище накапливаются преимущественно в придонных слоях воды, причем во время паводка (2 квартал) их концентрация увеличивается. Аналогичное распределение наблюдается и у взвешенных и растворенных органических веществ (рис. 2). Таким образом, наблюдается хорошая корреляция между ростом содержания взвешенных веществ (коэффициент корреляции 11=0,97), а именно органических взвесей (в 12,5 раз) и концентраций хлор-фенолов в воде водохранилища (рис. 5).
С, мкг/дм* В фазу устойчивого водооб-
2,4-дихлорфенол / мена содержание хлорфенолов в
2,4,6-трихлорфенол/. районе водозабора максимально,
что, по-видимому, связано с перемещением токсикантов в поверхно-
взвеш.в-ва слои из придонных слоев, от-
60 70 80 масс.%
личающихся более высоким содер-
Рис. 5. Зависимость концентрации хлор, г г жанием органических взвешенных фенолов от содержания взве- г
шенных органических веществ. веществ.
В течение всего периода исследований у- ГХЦГ, ДДТ и его метаболиты в воде Уводьского водохранилища и питьевой воде обнаружены не были. Ожидаемого уменьшения содержания ОС в результате процесса разбавления в отбираемых пробах вод на последовательно расположенных станциях («Рожново», «Микшино», «Иванково») не происходит. К примеру, на станции «Рожново» средние концентрации фенолов, НП. хлороформа, трихлорэтилена. ПО составляют в долях ПДКрх соответственно 8.7: 56; <0,5; 0,02; 0,85. На станции «Микшино» средние концентрации составляю! соответственно - 8.9: 110; 2.9; 0.03; 0.73.На станции «Иванково» - 7,0; 368: 6.75; 0.36; 0,55. Таким образом, явление разбавления характерно для фенолов и других, трудно окисляемых соединений (ПО); для НП. хлороформа и трихлорэтилена отмечается явный рост концентраций.
Несколько иная ситуация отмечается на станциях «Канал» и «Плотина». Процессы разбавления здесь проявляются для всех измеряемых соединений.
Средние концентрации фенолов, НП, хлороформа, трихлорэтилена, ПО на станции «Канал» составляют в долях ПДКрх соответственно - 7,4; 30; 0,7; 0,04, 0,55; средние же концентрации на станции «Плотина» - 4,8; 10; <0,5; 0,02; 0,61. Наблюдается рост концентраций трудно окисляемых соединений (по результатам замеров ПО, БПК5/ПО) у верхнего бьефа плотины, что связано с гидродинамическим переносом с акватории водохранилища.
Глава 4. Взаимосвязь качества воды в источнике водоснабжения и питьевой воды. В течение всего периода наблюдений прослеживается взаимосвязь между содержанием хлорорганических соединений в Уводьском водохранилище и в питьевой воде, после процесса хлорирования. Суммарное содержание хлорорганических соединений в пересчете на хлор максимально в резервуаре чистой воды на входе в горколлектор во всех наблюдаемых периодах (рис. 4). Отметим, что увеличение данного показателя после хлорирования воды подземного источника незначительно (1,3 раза), а максимальное значение - 88 мкг/л.
Таблица 4
Годовая динамика содержания ХОС в Уводьском водохранилище
■ Показатель ■ -■■ ......- Среднее значение, мкг/дм * ПДКр.х.,
1995 г.** 1996-1997 г.г. 1998 г. мкг/дм3
Хлороформ <5-121 /8,6 <5-12,6/8,0 1,4-15,0/7,8 5
ССЦ <1-29,4/1,3 <1 0,08-1,4/0,5 отс.
1,2-дихлорэтан___ <6 <6 <0,2-1,7/0,6 100
Трихлортгилен <0,4-13/0,81 <0,1-0,1 /0,05 <0,1-0,1 /0,03 10
Тетрахлорэтилен - - <0,04-0,1 /0,02 отс.
1,1,2,2-тетрахлорэтан - - <0,1 отс.
2,4-дихлорфенол - <0,4-3,4/1,26 <0,1-2.1 /0,48 О 1С.
2,4,6-трихлорфенол j <0.4-3,0/1,3 | <0,4-2,3/0,43 ОТС.
♦min - шак/(среднегод.); ** - усредн. данные по 6 станциям наблюдения.
Наблюдается благоприятная для экосистемы водохранилища тенденция уменьшения содержания всех контролируемых ХОС (табл. 4), но среднегодовые концентрации хлороформа, четыреххлористого углерода, тетрахлорэтиле-на, 2,4-дихлорфенола и 2,4,6-трихлорфенола превышают соответствующие
ПДКрХ, т.е. водные экосистемы испытывают повышенные нагрузки по этим соединениям.
После хлорирования концентрации ХОС в питьевой воде возрастают, но не превышают соответствующих нормативов, установленных для питьевой воды, кроме 2,4-дихлорфенола (табл. 5).
Таблица 5
Годовая динамика содержания ХОС в питьевой воде
Показатель Среднее значение, мкг/дм"1 *
1995 г. 19961997 г.г. 1998 г. 2000 г. 2001 г. ПДКп**
Хлороформ 7.8-35.2 5.6-24.6 5,0-43.5 3.2-38.6 5.0-24.4 200/30
(18,3) (12,2) (11,3) (10,95) (9,3)
ССЦ <1 <1 0.2-0.86 (0,5) 0,2-1,2 (0,53) 0.2-1.1 (0,51) 6/2
1,2-дихлорэтан <6-8,6 <6 <6 <0.2-6.0 (1,4) <0.2-2.5 (1,18) <0.2-1.3 (0,74) 20/10
Трихлорэтилен <0,4-0,4 <0,4 <0,4 <0.1-0.7 (0,18) <0.1-0.2 (0,1) <0.1-0.4 (0,16) 70/3
Тетрахлорэтилен - <0.04-0.1 (0,06) <0,040,1 2/1
1,1,2,2-тетрахлорэтан - - <0,1 <0,10.12 <0,1 200
2,4-дихлорфенол - 0.4-5.3 <0.1-4.3 <0.1-2.1 0.1-0.4 2
(1,6) (1,43) (0,7) (0,3)
2,4,6-трихлорфенол - <0,4-2,8 (0,92) <0.4-3.1 (1,26) <0.4-1.3 (0,78) <0,4 4/10
Гамма ГХЦГ ДДТ - <0,002 2/отс
*тах - тт / (среднегодовые значения); **ПДК„ - нормы РФ/ - нормы ВОЗ.
С1 Периодически (в отдельные месяцы) на-
Я-С-С-С! оЯ-С-О"+СНСЬ блюдалось повышенное содержание хло-О С1 О роформа относительно норм, рекомендо-
ванных ВОЗ. Количество образующегося хлороформа обуславливается величинами рН, ПО природной воды (рис. 7), что не противоречит литературным данным.
Периодически (в отдельные месяцы) наблюдалось повышенное содержание хлороформа относительно норм, рекомендованных ВОЗ. Количество образующегося хлороформа обуславливается величинами рН, ПО природной воды (рис. 7), что не противоречит литературным данным.
Концентрация 2,4-дихлорфенола превышала нормируемую величину (ПДК„ -2 мкг/л) в 30 % замеров в среднем на 40 -5-50 % в течение всего периода
наблюдений. Отметим, что максимальные концентрации хлорфенолов в питьевой воде наблюдались летом (3 квартал), что коррелирует с их содержанием в районе водозабора.
С хф, мкг/дм3
Рис. 7. Взаимосвязь содержания хло- Рис. 8. Взаимосвязь между содержани-роформа в питьевой воде от рН (1) ем хлорфенолов в питьевой и хлорфе-иХПК(2) в природной воде нолов (1), взвешенных органических
(Я, = 0,88; = 0,83). соединений (2) в природной воде
(К| - 0,79; К2 _ 0,83).
Прослеживается тенденция увеличения хлорфенолов в питьевой воде: 2,4-дихлорфенола в среднем в 2 раза, а 2,4,6-трихлорфенола - 1,3 раза в летний период времени. Имеется хорошая корреляция (рис. 8) между концентрацией хлорфенолов в питьевой воде, а также их концентрацией и содержанием взвешенных органических соединений в природной воде.
В связи с тем, что концентрации хлорфенолов в придонных слоях выше и преимущественно находятся во взвешенном состоянии, необходимо улучшить процесс фильтрования воды, а так же осуществлять водозабор с контролируемой глубины. особенно в весенне-летний период.
Глава 5. Оценка влияния питьевой воды на здоровье населения. С помощью
компьютерной программы «Чистая вода». разработанной научно-производственным объединением «ПОТОК» г.Сант -Петербург, была выполнена оценка соответствия питьевой воды по кошролир>емы\1 показа1елям и произведена оценка риска нарушения функционирования ор!анов и систем человека при употреблении воды, прошедшей водоподготовку (1абл. 6).
Результаты расчета показывают уменьшение риска неблагоприятных органолеп-тических эффектов при потреблении питьевой воды, как немедленного действия, так и хронической интоксикации относительно природной воды в районе водозабора. Значимую часть в него вносят такие показатели как фенолы и их хлорпроизводные (2,4-дихлорфенол и 2.4,6-трихлорфенол). С другой сто-
роны после процесса водоподготовки увеличивается (в 1,4 раза) риск канцерогенных эффектов (хлороформ, четыреххлористый углерод и трихлорэтилен) и общетоксический риск: хронического действия в 4-5 раз и суммарного в 2-3 раза, который формируют фенолы, хлороформ, четыреххлористый углерод, 1,2-дихлорэтан и трихлорэтилен.
Таблица 6
Результаты расчета риска по 1998 г._
Показатели Риск
Поверхн. Дно Питьевая
Риск развития неблагоприятных органолепти-ческих эффектов (немедленного действ.) 0,971 0,999 0,461
Риск развития неблагоприятных органолепти-ческих эффектов (хронической интоксикации) 0,911 0,943 0,401
Риск канцерогенных эффектов 0,018 0,016 0,21
Риск общетоксический (развития хронической интоксикации) 0,001 0,001 0,005
Риск общетоксический (суммарный) 0,003 0,003 0,008
Полученные данные позволили выделить приоритетные поллютанты из чис-
ла исследованных, такие как хлороформ, четыреххлористый углерод и трихлорэтилен, 1,2-дихлорэтан, 2,4-дихлорфенол и 2,4,6-трихлорфенол, которые вносят существенный вклад в суммарный общетоксический риск.
Найденные значения вероятностей проявления общетоксических и канцерогенных эффектов значительно превышают нормируемую величину риска. Допустимый (приемлемый риск) от веществ с канцерогенными свойствами лежит в интервале 1 (Г4 до 10"6 чел/чел-год, то есть значения риска заболеваний и смерти при потреблении воды являются не приемлемыми.
Показано, что современное состояние потребляемой населением г. Иванова питьевой воды, приводит к ухудшения его здоровья и как следствие сокращению продолжительности жизни: мужчины - 5,2; женщины - 7,8 лет (табл. 7).
Таблица 7
Сокращение ожидаемой продолжительности для групп населения___
Наименование риска (Я), доли отн. ед. 1ХЕ = Ь х К, год
Мужчины Женщины
Средняя продолжительность жизни 56 71
Средний возраст населения 37 42.3
Ожидаемый остаток я <изни 19 28.7
Риск развития неблагоприятных органолеп-тических эффектов (немедленного действия) 0,157 Показатель, характеризующий возникновение неустойчивых отрицательных реакций организма на потреблённую питьевую воду (аллергические реакции и др.). Органолеп. показатели немед. действия в большинстве случаев не приводят к ЬЬЕ.
Продолжение табл. 7
Риск развития неблагоприятных органолепти ческих эффектов (хроническая интоксикация) 0,09 Показатель, характеризующий возникновение устойчивых отрицательных реахций организма на потреблённую питьевую воду (приобрётенная "глобальная" аллергия, болезни органов дыхания, анемия и др.)
Риск канцерогенных эффектов 0,02 Показатель, характеризующий возникновение мутагенных и канцерогенных эффектов в организме человека (раковые опухоли, изменение ДНК и др.)
Риск общетоксический (развития хрон. интоксикации) 0,006 Показатель, характеризующий развитие у человека заболеваний органов дыхания, эндокринной системы, мочеполовых путей и др.
ЬЬЕ 0.11 0.17
£1ХЕ, год 5,2 7,8
Результаты расчетов показывают, что наибольшее сокращение продолжи-
тельности жизни определяется факторами, формирующими неблагоприятные ор-ганолептические эффекты, величина которых определяется содержанием фенолов и их хлорпроизводными (табл. 6).
В практике применяется экономическая оценка воздействия окружающей среды на здоровье, которая складывается исходя из стоимости жизни и суммы плат на восстановление здоровья. Поэтому был рассчитан ущерб (У) здоровью населения г.Иваново (450 тыс. чел.) от потребления питьевой воды, прошедшей подготовку, по статистической стоимости жизни (табл. 8) и ущерб по «минимальному размеру суммы страхования ответственности за причинение вреда жизни, здоровью, или имуществу других лиц и окружающей природной среде в случае аварии на опасном объекте» (табл. 9).
Таблица 8
Расчёт величины ущерба на основании статистической стоимости жизни (ССЖ)*
Численность в г. Иванове, человек Мужчины (164000) Женщины (197250)
ЬЬЕ от потребления некачественной питьевой воды для одного человека, лет 5,2 7,8
Средняя (ожидаемая) продолжительность жизни, лет 56 71
Ущерб от сокращения продолжительности жизни 1-го человека, выраженный в денежном эквиваленте, € 3496,6 4407,4
Суммарный ущерб, € 0,96 млрд.
* ССЖ = ВВП х Тср / N. где ВВП - внутренний валовый продукт, руб; Т^, - средняя продолжительность жизни, лет; N - количество населения, человек.
Таблица 9
Расчёт величины ущерба, исходя из "минимального размера страховой суммы"
Ущерб от сокращения продолжительности жизни 1-го человека, выраженный в денежном эквиваленте, € Мужчины Женщины
Суммарный ущерб, €** 0,3 млрд.
** основание ст. 15 Закона РФ "О промыш. безопасности опасных объектов" №116-ФЗ (п 2)
Из полученных значений (табл. 7-9), на территории г. Иваново имеет место область недопустимого экологического риска (Ю^.-.Ю"4), требующая проведения природоохранных мероприятий, независимо от масштабов финансовых расходов. Важно отметить, что рассчитанный уровень экологического риска не может быть обусловлен только потреблением питьевой воды.
Так как основной проблемой в системе водоподготовки является образование ХОС при хлорировании воды, а из-за большой протяженности трубопроводов в городе нельзя полностью исключить хлорирование из процесса водоподготовки, то сделать это возможно, заменив хлор на 1-ой ступени хлорирования другим окислителем, в качестве которого предлагается озон, а на 2-ой ступени - хлорирование.
Основные результаты и выводы
1. Установлено, что изменение содержания органических соединений в Уводьском водохранилище во времени имеет тенденцию к уменьшению, хотя концентрации нефтепродуктов и летучих фенолов по-прежнему значительно выше нормируемых величин до 42 и 4 ПДКр.х. соответственно.
2. Показано, что уменьшение содержания органических соединений в результате процесса разбавления на последовательно расположенных станциях («Рожново», «Микшино», «Иванково») не происходит. Явление разбавления характерно только для фенолов, а для нефтепродуктов, хлороформа и трихлорэтилена отмечается явный рост концентраций, что связано с дополнительными источниками поступления (диффузия из иловых вод, поверхностный сток).
Основными источниками поступления углеводородов нефти в Уводьское водохранилище является канал Волга-Уводь и сток реки Уводь (при
примерно по 50 %), атмосферные выпадения и талые воды не оказывают большого влияния на содержание нефтепродуктов в воде водохранилища;
Определены основные каналы выведения: для фенолов - гидродинамический вынос (~ 50 %); для нефтепродуктов - гидродинамический вынос, испарение и биохимическая трансформация - 34,30,29 % соответственно.
4. Показано, что концентрации ХОС в питьевой воде взаимосвязаны как с процессами внутри водоема, так и с процессом обеззараживания воды -хлорированием.
7. Современное состояние потребляемой населением г. Иванова питьевой воды, приводит к ухудшению его здоровья и как следствие сокращению продолжительности жизни (мужчины - 5 лет, женщины - 8 лет, 2001 г.). Величина финансовых потерь оценивается 0,3 млрд. €/год, а, исходя из статистической стоимости жизни, в 0,96 млрд. €/год.----
8. Показано, что хлорфенолы в воде Уводьского водохранилища находятся преимущественно в составе взвешенного вещества, поэтому рекомендовано для снижения их концентрации в питьевой воде улучшить процесс еб фильтрования, а так же осуществлять водозабор с контролируемой глубины, особенно в весенне-летний период.
1. Гриневич В.И., Извекова Т.В., Костров В.В., Чеснокова Т.А. Корреляционные связи между качеством воды в водотоке и питьевым водоснабжением // Тез. докл. на 3-ем Российском научно-техническом семинаре "Проблемы питьевого водоснабжения и пути их решения", Москва. -1997.-С. 123-125.
2. Гриневич В.И., Извекова Т.В., Костров В.В., Чеснокова Т.А. Источники хлорорганических соединений в питьевой воде г. Иваново // Журнал "Инженерная экология" №2,1998. - С. 44-47.
3. Гриневич В.И., Костров В.В., Чеснокова Т.А., Извекова Т.В. Качество питьевой воды в г. Иваново. // Сборник научных трудов "Окружающая среда и здоровье человека"// Иваново, 1998. - С. 26-29.
4. Извекова Т.В., Гриневич В.И., Костров В.В. Хлорорганические соединения в питьевой воде // Тез. докл. «Проблемы освоения и использования природных ресурсов Северо-Запада России: Материалы Всероссийской научно -технической конференции.».- Вологда: ВоГТУ, 2002. - С. 85-88.
5. Извекова Т.В., Гриневич В.И., Костров В.В. Хлорорганические поллютанты в природном источнике водоснабжения и в питьевой воде г. Иванова // Журнал "Инженерная экология" №3,2003. - С. 49-54.
6. Извекова Т.В., Гриневич В.И. Органические соединения в воде Уводьского водохранилища // Тез. докл. На второй Международной научно-технической конференции "Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов". - Вологда: ВоГТУ, 2003. - С. 212 - 214.
Лицензия ЛР № 020459 от 10.04.97. Подписано в печать 27.10.2003 Формат бумаги 60x84 1/16. Тираж 90 экз. Заказ 2 "¡> $ . Ивановский государственный химико-технологический университет. 153460, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.
Ответственный за выпуск
Извекова Т.В.
Введение.
Глава 1 Литературный обзор.
§ 1-1 Санитарно-гигиенические характеристики органических загрязнителей питьевой воды.
§1.2 Источники образования хлорорганических соединений.
§ 1.3 Основные методы подготовки питьевой воды.
Глава 2. Методики и объект экспериментальных исследований.
§2.1 Физико-географическая характеристика района Уводьского водохранилища.
§ 2.2 ОНВС - 1 (м. Авдотьино).
§ 2.3 Методики определения концентраций органических и неорганических соединений.
§ 2.3.1 Взятие проб воды и подготовка к анализу.
§2.3.2 Инструментальные методы исследования ХОС.
§ 2.4 Определение летучих галогенорганических соединений в воде
§2.4.1 Определение хлороформа.
§ 2.4.2 Определение четырёххлористого углерода.
§2.4.3 Определение 1,2-дихлорэтана.
§ 2.4.4 Определение трихлорэтилена.
§ 2.5 Определение хлорорганических пестицидов (у-ГХЦГ, ДЦТ).
§2.5.1 Определение хлорфенолов (ХФ).
§ 2.6 Оценка качества и обработка результатов измерений.
§ 2.7 Определение обобщенных показателей качества воды.
Глава 3. Качество воды в Уводьском водохранилище.
§ 3.1 Основные показатели качества воды в Уводьском водохранилище.
§3.1.1 Влияние изменения рН.
§ 3.1.2 Соотношение взвешенных и растворенных веществ в водоеме.
§3.1.3 Растворенный кислород.
§3.1.4 Изменения БПК5, ХПК.
§ 3.2 Токсические вещества (фенол, нефтепродукты).
§3.2.1 Влияние атмосферных осадков.
§ 3.2.2 Основные источники и стоки углеводородов нефти и фенолов в Уводьском водохранилище.
§ 3.3 Хлорированные углеводороды в воде Уводьского водохранилища.
Глава 4 Взаимосвязь качества воды в источнике водоснабжения и питьевой воды.
§ 4.1 Качество питьевой воды г. Иванова.
§ 4.2 Влияние качества воды в источнике водоснабжения на питьевую воду.
§ 4.3 Качество пресных подземных вод.
Глава 5 Оценка влияния питьевой воды на здоровье населения.
§5.1 Сравнительная оценка риска здоровью населения.
§ 5.2 Оценка риска по сокращению ожидаемой продолжительности жизни. Расчет ущерба здоровью населения по статистической стоимости жизни.
§ 5.4 Обоснование необходимости реконструкции системы водоподготовки на ОНВС - 1.
Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние органических соединений, содержащихся в природных водах, на качество питьевой воды"
Проблема содержания различных органических соединений в питьевой воде привлекает к себе внимание не только исследователей различных областей науки и специалистов водоподготовки, но и потребителей. Ц Содержание органических соединений в поверхностных водах колеблется в широких пределах и зависит от многих факторов, основным из которых является хозяйственная деятельность человека, в результате которой поверхностные стоки и атмосферные осадки загрязнены разнообразными веществами и соединениями, включая и органические. Определенную роль в загрязнении поверхностных природных вод играют сельскохозяйственные стоки, которые по масштабам локальных поступлений экотоксикантов уступают промстокам, но ввиду того, что они распространены практически повсеместно, сбрасывать их со счета не следует. С сельскохозяйственным загрязнением связывается ухудшение качества поверхностных вод малых рек, а также в определенной степени и подземных вод, связанных на уровне верхних водоносных горизонтов с естественными водотоками.
Сложность проблемы заключается в том, что набор органических загряз-^ нителеи, содержащихся в микроколичествах, как в поверхностных водах, так и питьевой воде очень широк и специфичен. Некоторые вещества, такие как пестициды, ПАУ, хлорорганические соединения (ХОС), включая диоксины, даже в микродозах чрезвычайно опасны для здоровья человека . Одной из главных причин неудовлетворительного качества питьевой воды является повышенное содержание в ней именно хлорированных углеводородов. Это обуславливает их приоритетность наряду с другими опасными экотоксикантами и требует ответственного подхода при выборе технологии водоподготовки, мониторинга и контроля качества, как питьевой воды, так и водоисточника.
Большинство исследователей давно пришли к выводу, что для определения конкретных причин и источников образования хлорсодержащих углеводородов, необходимо знание состава органических соединений, содержащихся в природных водах, использующихся в качестве источника водоснабжения. Поэтому, в качестве объекта исследования было выбрано Уводьское водохранилище, являющееся главным источником водоснабжения города Иванова (80 % от общего объема водопотребления), а также питьевой воды после процесса во-доподготовки.
Для большинства ХОС предельно допустимые концентрации (ПДК) установлены на уровне микрограммов на литр и даже меньше, что и вызывает определенные затруднения при выборе методов их контроля . Повышенные концентрации такого рода соединений в питьевой воде чрезвычайно опасны для потребителей. Тетрахлорид углерода, хлороформ и трихлорэтилен подозреваются в канцерогенном действии, а повышенное содержание таких соединений в воде, а, следовательно, и в организме человека, вызывает разрушение печени и почек .
Таким образом, изучение причин появления хлорированных углеводородов в питьевой воде в зависимости от источника водоснабжения, определение их концентраций и разработка рекомендаций по снижению риска возникновения канцерогенных и не канцерогенных эффектов у потребителей питьевой воды является актуальным. Именно это и было основной целью данного исследования.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
§ 1.1. Санитарно-гигиенические характеристики органических загрязнителей питьевой воды
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), из 750 идентифицированных химических загрязнителей питьевой воды 600 - это органические соединения, которые сгруппированы следующим образом :
Природные органические вещества, включающие гуминовые соединения, микробные экссуданты и другие растворённые в воде продукты жизнедеятельности животных и растений;
Синтетические загрязнения, включающие пестициды, диоксины и другие вещества, производимые промышленностью;
Соединения, добавляемые или образующиеся в процессе обработки воды, в частном случае - хлорировании.
Названные группы логично обозначают и пути попадания органических загрязнителей в питьевую воду. В этой же работе отмечено , что и эти 600 веществ представляют лишь небольшую часть общего органического материала, присутствующего в питьевой воде. Действительно, прогресс, достигнутый в совершенствовании аналитических методов, позволил в последнее время идентифицировать и занести в память компьютеров около 300 органических соединений, обнаруженных в подземных, поверхностных водах и питьевой воде .
На рис. 1 изображены некоторые пути поступления и возможные превращения загрязнителей в поверхностных водах. Загрязнение подземных источников водоснабжения происходит в основном через почву. Так, накопление в почве целенаправленно внесённых хлорорганических пестицидов приводит к постепенному проникновению их в грунтовые воды подземных питьевых источников. По данным работы , треть артезианских скважин предназначенных для питьевого водоснабжения, только в США было закрыто по этой причине. Наиболее часто в подземных водах обнаруживаются хлорорганические соединения. По общепринятой международной терминологии они называются DNAPL (dense non-aqueous phase liquids), т.е. тяжелые неводные жидкости (ТНВЖ). Неводность означает, что они образуют отдельную жидкую фазу в воде подобно нефтяным углеводородам. В отличие от углеводородов нефти они плотнее воды. Эти вещества называют также плотными несмешивающимися с водой жидкостями. В то же время их растворимость вполне достаточна, чтобы вызвать загрязнение подземных вод. Попав в подземные воды, ХОС могут сохраняться там десятилетиями и даже столетиями. Они с большим трудом удаляются из водоносных горизонтов и поэтому представляют собой долговременный источник загрязнения подземных вод и окружающей среды в целом.
Рис. 1. Схема миграции ХОС в непроточном водоеме
В руководстве ВОЗ отмечено, что рекомендуемые величины имеют тенденцию к погрешности в сторону излишней осторожности, что связано с недостаточностью данных и неопределённостями при их интерпретации. Таким образом, рекомендуемые величины допустимых концентраций свидетельствуют о переносимых концентрациях, но не служат регламентирующими цифрами, определяющими качество воды. Так, Агентством по охране окружающей среды США, для содержания хлороформа в питьевой воде была предложена в качестве норматива величина не 30, а 100 мкг/л. Норматив для трихлорэтилена имеет в 5 раз более низкое значение по сравнению с рекомендованным ВОЗ, а для 1,.2дихлорэтана - в 2 раза. В тоже время принятые в США нормативы для четырех-хлористого углерода в 2 раза, а для 1,1-Дихлорэтилена в 23 раза превышают рекомендованные ВОЗ . Такой подход представляется правомерным и с точки зрения экспертов ВОЗ, подчеркивающих, что предлагаемые ими величины носят лишь рекомендательный характер.
Хлороформ 30
1,2 - Дихлорэтан 10
1,1- Дихлорэтилен 0,3
Пентахлорфенол 10
2,4,6 - Трихлорфенол 10
Гексахлорбензол 0,01
В табл. 1.1 представлены рекомендуемые концентрации загрязнителей в воде установленные на основании токсикологических данных и данных о кан-церогенности с учётом средней массы тела человека (70 кг) и среднесуточного потребления воды (2 л) .
Допустимое содержание хлорорганических соединений (ХОС) в природной и питьевой воде по данным Минздрава РФ и их токсикологическая характеристика сведена в табл. 1.2.
Среди многих органических загрязнителей питьевой воды внимание гигиенистов особенно привлекают те соединения, которые являются канцерогенными. Это в основном антропогенные загрязнители, а именно: хлорированные алифатические и ароматические углеводороды, полициклические ароматические углеводороды, пестициды, диоксины. При этом следует отметить, что химические загрязнители в воде способны претерпевать под воздействием комплекса физико-химических и биологических факторов, различные химические превращения, приводящие как к полному их распаду, так и к частичной трансформации. Результатом этих процессов может быть не только снижение неблагоприятного действия органических загрязнителей на качество воды, но порой и его усиление. Например, более токсичные продукты могут появляться при распаде и трансформации некоторых пестицидов (хлорофоса, малатиона, 2,4-Д), полихлорированных бифенилов, фенолов и других соединений .
Таблица 1.2.
Допустимые концентрации и токсикологическая характеристика некоторых
Соединение ПДК, мкг/л Класс опасности Характер воздействия на организм человека
Питьевая вода Природные воды (р.х.) ОДУ*
Показатель вредности ***
Хлороформ 200/30** 5/60 2 с.-т. Наркотик, действующий токсически на обмен веществ и внутренние органы (особенно на печень). Вызывает канцерогенный и мутагенный эффекты, раздражает слизистые оболочки.
Тетрахлорид углерода 6/3** отс / 6 2 с.-т. Наркотик. Поражает ЦНС, печень, почки. Обладает местным раздражающим действием. Вызывает мутагенные, канцерогенные эффекты. Высококумулятивное соединение.
1,2-дихлорэтаь 20/10** 100/20 2 с.-т. Политропный яд. Поражает кор-ково-подкорковые отделы головного мозга. Наркотик. Вызывает дистрофические изменения печени, почках и нарушает функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Оказывает раздражающее действие. Канцероген.
1,1,2,2-тетрахлорэтан 200 отс / 200 4 орг. Наркотик. Повреждает паренхиматозные органы. Обладает раздражающим действием.
Грихлорэтилеь 70/3** 10/60 2 с.-т. Наркотик, обладает нейротокси-ческим и кардиотоксическим действием. Канцероген.
Пентахлорфе-нол 10** отс /10 2 с.-т. Обладает высокой липофильно-стью, накапливаясь в жировых отложениях и очень медленно выводится из организма
Тетрахлорэ-тилен 2/1** отс / 20 2 с.-т. Действует сходно с трихлорэти-леном, угнетает центральную и периферическую нервные системы. Снотворный эффект сильнее, чем у ССЦ. Поражает печень и почки. Обладает раздражающим действием.
Продолжение табл. 1.2.
2-хлорфенол 1 отс / 1 4 орг. Обладают умеренными кумулятивными свойствами. Нарушают функцию почек и печени.
2,4-дихлорфенол 2 отс /2 4 орг.
2,4,6-три-хлорфенол 4/10** отс /4 4 орг.
Гамма ГХЦГ 2 / отс** отс /4 1 с.-т. Высокотоксичный нейротроп-ный яд, обладающий эмбрио-токсическим и раздражающим действием. Поражает кроветворную систему. Вызывает канцерогенные и мутагенные эффекты.
ДДТ 2 / отс* * отс /100 2 с.-т. - ориентировочно-допустимые уровни содержания вредных веществ в воде водоемов хозяйственно-питьевого водопользования . - "ориентирующие" нормативы, установленные в соответствии с рекомендациями ВОЗ
15] и Директивой 80/778 ЕС по качеству питьевой воды ЕС . - лимитирующий признак вредности вещества, по которому установлен норматив:
С.-т. - санитарно-токсикологический показатель вредности; орг. - органолептический показатель вредности.
Наиболее распространенными механизмами разрушения ХОС в окружающей среде можно считать фотохимические реакции и, главным образом, процессы метаболического распада с участием микроорганизмов. Фотохимическое разложение ХОС в молекулах, которых содержатся ароматические кольца и ненасыщенные химические связи, происходит в результате поглощения солнечной энергии в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Однако, не все вещества склонны к фотохимическому взаимодействию, например линдан (у-ГХЦГ) при УФ-облучении лишь изомеризуется в а-ГХЦГ. Схема предполагаемого механизма фотохимического превращения ДДТ показана рис.2а .
Скорость фотохимического распада, а также состав конечных продуктов этой реакции зависят от среды, в которой происходит данный процесс. Лабораторные исследования показали, что после облучения УФ-излучением (А. = 254 нм) в течение 48 ч до 80 % ДДТ разлагается, а среди продуктов найдены ДДЭ (основное количество), ДЦД и кетоны. Дальнейшие эксперименты показали, что ДДД очень устойчив по отношению к УФ-излучению, а ДДЭ постепенно превращается в целый ряд соединений, среди которых обнаружены ПХБ. Метаболизм ХОС микроорганизмами, основанный на использовании ими органического углерода в качестве пищи, практически всегда катализируется биологическими ферментами.
ДДЕ сг! а-чОъсчОъо-
Днхлорбензофенон
С1- С - С1 I н ддд а) б)
Рис. 2. Схема предполагаемого механизма фотохимического (а), метаболического (б) превращения ДДТ.
В результате довольно сложных последовательно идущих химических реакций образуются различные метаболиты, которые могут оказаться либо безвредными веществами, либо более опасными для живых организмов, чем их предшественники. Распространенная схема метаболического превращения ДДТ, которая в принципе верна и для других ХОС, приведена на рис. 26 .
Необходимость введения в каждой стране стандартов контроля содержания неорганических и органических загрязнителей в питьевой воде часто определяется особенностями землепользования в водном бассейне, характером водоисточника (поверхностные и подземные воды) и наличием в них токсичных соединений промышленного происхождения. Поэтому, необходимо принимать во внимание целый ряд различных местных географических, социально-экономических, промышленных факторов, а также факторов связанных с питанием населения. Всё это может обуславливать значительное отклонение национальных стандартов от рекомендуемых ВОЗ величин концентраций различных токсикантов.
Заключение Диссертация по теме "Экология", Извекова, Татьяна Валерьевна
Основные результаты и выводы
1. Установлено, что изменение содержания органических соединений в Уводь-ском водохранилище во времени имеет тенденцию к уменьшению, хотя концентрации нефтепродуктов и летучих фенолов по-прежнему значительно выше нормируемых величин до 42 и 4 ПДКр.х. соответственно.
2. Показано, что уменьшение содержания органических соединений в результате процесса разбавления на последовательно расположенных станциях («Рожново», «Микшино», «Иванково») не происходит. Явление разбавления характерно только для фенолов, а для нефтепродуктов, хлороформа и трихло-рэтилена отмечается явный рост концентраций, что связано с дополнительными источниками поступления (диффузия из иловых вод, поверхностный сток).
3. Впервые из уравнения баланса установлены основные источники и стоки углеводородов нефти и фенола в водохранилище, а именно:
Основными источниками поступления углеводородов нефти в Уводьское водохранилище является канал Волга-Уводь и сток реки Уводь (примерно по 50 %), атмосферные выпадения и талые воды не оказывают большого влияния на содержание нефтепродуктов в воде водохранилища;
Для фенолов основными источниками являются все рассматриваемые каналы поступления: канал Волга-Уводь - 36 %, дождевой сток - 26 %, сток р. Уводь - 23 %, талые воды -15%;
Определены основные каналы выведения: для фенолов - гидродинамический вынос (~ 50 %); для нефтепродуктов - гидродинамический вынос, испарение и биохимическая трансформация - 34, 30, 29 % соответственно.
4. Показано, что концентрации ХОС в питьевой воде взаимосвязаны как с процессами внутри водоема, так и с процессом обеззараживания воды - хлорированием.
5. Суммарное содержания хлорорганических соединений (в пересчете на СГ) после хлорирования воды из Уводьского водохранилища в среднем увеличивается в 7 раз, а при хлорировании воды из подземного источника (Горинский водозабор) только в 1,3 раза.
6. Установлена корреляция между содержанием хлорфенолов и взвешенных органических веществ в воде Уводьского водохранилища и концентраций 2,4-дихлорфенола и 2,4,6-трихлорфенола после хлорирования питьевой воды.
7. Современное состояние потребляемой населением г. Иванова питьевой воды, приводит к ухудшению его здоровья и как следствие сокращению продолжительности жизни (мужчины - 5 лет, женщины - 8 лет, 2001 г.). Величина финансовых потерь оценивается 0,3 млрд. €/год, а, исходя из статистической стоимости жизни, в 0,96 млрд. €/год.
8. Показано, что хлорфенолы в воде Уводьского водохранилища находятся преимущественно в составе взвешенного вещества, поэтому рекомендовано для снижения их концентрации в питьевой воде улучшить процесс её фильтрования, а так же осуществлять водозабор с контролируемой глубины, особенно в весенне-летний период.
9. Выявлено, что основной вклад в значение величины экологического риска вносят ХОС, поэтому рекомендовано заменить первую ступень хлорирования (ОНВС-1) на озонирование.
Библиография Диссертация по биологии, кандидата химических наук, Извекова, Татьяна Валерьевна, Иваново
1. Кузубова Л.И., Морозов C.B. Органические загрязнители питьевой воды: Аналит. Обзор / ГПНТБ СО РАН, НИОХ СО РАН. Новосибирск, 1993. -167 с.
2. Исаева Л.К. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды. СПб.: "Эколого-аналитический информационный центр »Союз»", 1998.-869 с.
3. Randtke S.J. Organic contaminant removal by coagulation and related process combinations // JAWWA. 1988. - Vol. 80, № 5. - P. 40 - 56.
4. Руководство по контролю качества питьевой воды. Т.1. Рекомендации, ВОЗ. -Женева, 1986.- 125 с.
5. Warthington P. Organic micropollutants in the aqueous environment // Proc. 5 Int. Conf. "Chem. Prot. Environ." 1985. Leaven 9-13 Sept. 1985. Amsterdam, 1986.
6. Юданова Л.А. Пестициды в окружающей среде. Новосибирск: ГПНТБ СО АН СССР, 1989.-140 с.
7. Эльпинер Л.И., Васильев B.C. Проблемы питьевого водоснабжения в США. -М., 1984.
8. СанПиН 2.1.2.1074-01. Санитарные правила и нормы "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.", утвержденные Госкомсан-эпиднадзором России. М., 2000 г.
9. Вредные вещества в промышленности. 4.1.Изд. 6-е, испр. Л., Изд-во "Химия", 1971 г., 832 с.
10. Канцерогенные вещества: Справочник/Пер. с англ./ Под ред. B.C. Турусова. М., 1987, 333 с.
11. Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов. Справ, изд./ Под ред. В.А. Филова- Л.: Химия, 1989.-732 с.
12. Г. Фелленберг Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию; Пер. с нем. М.: Мир, 1997. - 232 с.
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Растворенные органические вещества |
| Рубрика (тематическая категория) | Экология |
Растворенные минеральные соли
Служат для построения тела гидробионтов, оказывают на них физиологическое влияние, изменяют осмотическое давление и плотность среды.
В основном представлены хлоридами, сульфатами и карбонатами. В морской воде хлоридов содержится 88,8 %, сульфатов – 10,8, карбонатов – 0,4 %; в пресной воде солевой состав резко отличается: карбонатов – 79,9 %, сульфатов – 13,2 и хлоридов – 6,9 %.
Суммарная концентрация солей в воде называется соленостью (S) . Выражается в nромилле и обозначается символом 0 / 00 . Соленость в 1 0 / 00 означает, что в 1 л воды содержится 1 гсолей.
По степени солености все природные воды разделяются на:
1) nресные (S до 0,5 0 / 00)
2) миксогалинные ,или солоноватые (S=0,5-30 0 / 00), в том числе:
a) олигогалинные (S=0,5-5 0 / 00)
b) мезогалинные (S=5-18 0 / 00)
c) полигалинные (S=18-30 0 / 00)
3) эугалинные ,или морские (S=30-40 0 / 00)
4) гиnергалинные, или пересоленные (S более 40 0 / 00).
К пресным водоемам относятся реки и большинство озер.
Размещено на реф.рф
К эугалинным – Мировой океан, к миксогалинным и гипергалинным – некоторые озера и отдельные участки Мирового океана.
Соленость вод Мирового океана около 35 0 / 00 и редко изменяется на 1-2 0 / 00 . В глубинах соленость обычно несколько ниже, чем на поверхности. В окраинных морях соленость может снижаться до нескольких промилле, а в сильно опресненных участках падает почти до нуля.
По отношению к солености организмы бывают:
– эвригалинные , которые могут выносить значительные колебания солености;
– стеногалинные , не выдерживающие значительных изменений концентрации солей. Среди стеногалинных организмов выделяют nресноводных , солоноватоводных (в том числе олигогалинных , мезогалинных и полигалинных ) и морских.
Органические вещества, растворенные в воде, представлены, в основном, водным гумусом ,который состоит из трудноразлагаемых гуминовых кислот. В малых количествах встречаются различные сахара, аминокислоты, витамины и другие органические вещества, выделяемые в воду в процессе жизнедеятельности гидробионтов. Суммарная концентрация растворенного органического вещества в водах Мирового океана обычно колеблется в пределах от 0,5 до 6 мг С/дм 3 . Считается, что из общего количества органического вещества в морской воде на долю растворенного приходится 90-98% и только 2-10% представлено в форме живых организмов и детрита͵ ᴛ.ᴇ. в морской и океанской воде растворено в десятки и сотни раз больше органического вещества, чем его содержится в живых организмах. Примерно такая же картина наблюдается и в пресных водах.
Ввиду своей химической стойкости основная масса растворенной в воде органики большинством гидробионтов не используется, в отличие от легкоусвояемых органических веществ – сахаров, аминокислот, витаминов.
Растворенные органические вещества - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Растворенные органические вещества" 2017, 2018.