2.4. Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах
Важнейшей задачей в условиях промышленного развития и временной неизбежности отведения (или попадания) отходов в водные экосистемы является установление допустимых нагрузок на водные объекты, в результате водопользования и водопотребления.
Водопользование – это использование воды без изъятия ее из мест естественной локализации.
По водному кодексу РФ (1995) различают более 15 видов водопользования, в том числе питьевое, хозяйственно-бытовое, промышленное, энергетическое, сельскохозяйственное, рекреационное и т.д.
Для каждого вида водопользования имеются свои критери ее пригодности. Например, обессоленная вода для теплоэнергетики, маломинерализованная, «мягкая», обладающая высокой прозрачностью вода для целлюлозно-бумажной промышленности, деминерализованная и высокопрозрачная вода для электронной промышленности. В то же время использование воды «низкого» качества с гигиенических позиций не встречает возражений с позиций, например, металлургии в процессах охлаждения чугунных отливок. Свои требования предъявляют к составу и свойствам воды в агрономии и зоотехнике.
Водная среда является сложной системой, включающей растворенные, коллоидные и взвешенные химические компоненты, биологические живые объекты, продукты их обмена и отмирания. Выражение «чистая вода» имеет лишь бытовой, обывательский смысл. Ни один из видов водопользования не пользуется критерием «чистоты» воды.
Водопотребление – это использование воды, связанное с изъятием ее из мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием и с возвращением в источники водозабора в измененном (загрязненном) состоянии.
К крупнейшим водопотребителям относятся сельское хозяйство, промышленность и культурно-бытовое хозяйство. Охрана водных объектов от загрязнения осуществляется посредством регулирования деятельности каждого из источников загрязнения.
Особенности нормирования химических веществ в водной среде обуславливаются несколькими факторами.
1) С гигиенических позиций оценивается уровень загрязнения воды, предназначенной для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.
2) Нормативы качества воды распространяются не на весь водный объект, а только на пункты водопользования населения.
3) Вода используется населением не только для питья, приготовления пищи, личной гигиены, но и для хозяйственно-бытовых и рекреационных целей. В связи с этим при нормировании учитывается как непосредственное влияние химических загрязнителей на организм (санитарно-токсикологический показатель вредности), так и их влияние на органолептические свойства воды и процессы самоочищения воды водоемов (органолептический и общесанитарный показатель вредности).
4) Для всех водных объектов, используемых населением (поверхностные и подземные воды, питьевая вода, вода систем горячего водоснабжения), устанавливаются единые гигиенические норматвы (ПДК, ОДУ).
Гигиеническое нормирование. В России ПДК вредных веществ в водных объектах нормирована стандартом (ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая») для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного видов водопользования.
ПДК вредного вещества в водном объекте – это такая концентрация, при превышении которой вода становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования.
Различают ПДКВ – предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, мг/л. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на органы человека в течение всей его жизни, а также на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.
ПДКВ.Р. – предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей, мг/л.
Проблемы гигиенического нормирования и контроля качества питьевой воды заключаются в том, что питьевая вода при любом типе водоисточника, способе обработки и конструктивных особенностях водопроводной сети должна отвечать ряду гигиенических требований.
Свойства и состав воды, удовлетворяющей гигиеническим требованиям, должны обеспечивать безвредность и безопасность ее потребления для питьевых и бытовых нужд человека и нужд пищевой промышленности.
Качество воды, получаемой потребителями, должна соотвтетсвовать нормативным требованиям и обеспечивается:
- выбором источника питьевого водоснабжения и технологии обработки воды;
- использованием оборудования, материалов, реагентов при наличии на них соответсвующих сертификатов;
- осуществлением регулярного производственного контроля за качеством питьевой воды по метрологическим аттестованным и стандартизованным методикам;
- установлением и пересмотром на основе новых научных данных нормативных требований к питьевой воде и источникам питьевого водоснабжения не реже одного раза в 10 лет;
- охраной источников и систем питьевого водоснабжения;
- разработкой тповых и рабочих программ и правил контоля за качеством питьевой воды с учетом местных условий;
- введением органами местного самоуправления по согласованию с органами Государственного санэпиднадзора контроля за качеством питьевой воды при наличии угрозы здоровью людей вследствие опасности ухудшения качества питьевой воды.
В основе гигиенических требований к качеству воды для питьевых и бытовых нужд лежит принцип, ставящий в центр внимания те качества воды, от которых зависят здоровье человека и условия его жизни. Влияние некачественной воды на здоровье может быть непосредственным, проявляющимся в виде инфекционных заболеваний или заболеваний неинфекционной природы и интоксикаций, и косвенным, когда вода вызывает неприятные ощущения, что заставляет человека отказываться от употребления такой воды.
На основе этих представлений в середине 20 в. в гигиене была сформулирована триада гигиенических требований к качеству питьевой воды:
1) питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом отношении;
2) безвредна по химическому составу;
3) обладать благопрятными органолептическими свойствами.
Упомянутая триада положена в основу нормативных документов в области контроля качества питьевой воды, начиная с 1954 года.
Безопасность воды в эпидемическом отношении определяется косвенными показателями: количеством микробов в 1мл воды (общее микробное число для питьевой воды – до 100) и содержанием бактерий группы кишечной палочки (палочек Коли) в 1л. Последний параметр носит название Коли-индекса. Для питьевой воды в водопроводе величина индекса может быть до 3, в водоемах зон рекреации – до 10000. Величина, обратная Коли-индексу, носит название Коли-титра (для питьевой воды – не менее 300 мл на одну палочку).
Паразитологические показатели оцениваются количеством патогенных микроорганизмов (от дизентерийных амеб до холерных вибрионов, вирусов лептоспироза и др.). Они не должны обнаруживаться в 25 л питьевой воды.
Безвредность воды по химическому составу обосновывается по общесанитарному показателю. В качестве ПДК принимается наименьшая концентрация из пороговых уровней, установленных по разным критериям вредного действия. Допустимые концентрации химических веществ, попадающих в водоисточники с бытовыми, промышленными и сельскохозяйственными загрязнениями, не должны превышать нормативов, установленных Минздравом РФ для источников централизованного водоснабжения.
Важным показателем качества питьевой воды является содержание органических веществ. Последние обладают свойством разлагаться, в связи с чем используют показатели, характеризующие способность воды окислять органические вещества. Общее количество содержащихся в воде органических веществ характеризуется ее окисляемостью.
Органическое загрязнение воды определяется косвенным путем – по количеству кислорода, необходимого для окисления органических примесей в одном литре воды. Чем больше требуется кислорода, тем грязнее вода. Применяются два показателя: биологическая потребность в кислороде (БПК) и химическая потребность в кислороде (ХПК) за определенное время.
БПК – это количество кислорода, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов (исключая процессы нитрификации) за определенное время инкубации пробы (2, 5, 20, 120 суток), мг О2 /л воды. Различают БПКП – за 20 суток и БПК5 – за 5 суток. БПК не должно превышать 3 мг/л при 20 °С.
ХПК – более полная оценка загрязнения, при определении которой вовлекаются в реакцию даже трудноокисляемые органические вещества (в частности, гумус, который придает природной воде желтоватую окраску и снижает ее органолептические качества). Наиболее полное окисление достигается при использовании бихромата калия. ХПК не должно превышать 15 мг/л кислорода.
Величины БПК и ХПК особенно важны при оценке состава сточных вод. По отношению БПКП /ХПК судят об эффективности биохимического окисления веществ. Если БПК/ХПК меньше 0,5, то сточные воды считаются перенасыщенными трудноокисляемыми (следовательно, трудноудаляемыми) соединениями.
Органолептические свойства воды характеризуются интенсивностью изменения запаха, привкуса, цветности и мутности воды, содержанием химических веществ, которые в наименьших концентрациях ухудшают органолептические свойства воды. Выполнение требований по органолептическим показателям достигается при соответствии показателей установленным нормативам
Органолептические свойства воды во многом связаны с ее кислотностью или щелочностью. Степень кислотности (или щелочности) должна быть не слишком велика, т.е. реакция воды должна быть близка к нейтральной. Это оценивается величиной водородного показателя рН. В питьевой воде рН не должен выходить за пределы 6,5 – 8,5.
В число нормируемых органолептических показателей входят концентрации хлоридов, сульфатов, железа, марганца, меди, цинка, фосфатов, фенола, нефтепродуктов, свободного и связанного хлора, а также показатели жесткости и сухого остатка (табл. 2.7).
Таблица 2.7
Нормативы показателей, влияющих на органолептические свойства питьевой воды
Показатель
|
Норматив (не более)
|
Водородный показатель, рН
Железо, мг/л
Жесткость общая, мг/экв/л
Марганец, мг/л
Медь, мг/л
Полифосфаты остаточные, мг/л
Сульфаты, мг/л
Сухой остаток, мг/л
Хлориды, мг/л
Цинк, мг/л
|
6–9
0,3
7
0,1
1
3,5
500
100
350
5
|
Новый нормативный акт – СанПиН 2.1.4.559-96 разработанный на основе общепризнанной триады является дальнейшим развитием отечественного физиолого-гигиенического направления в профилактической медицине.
Рыбохозяйственное нормирование. ПДК химических веществ для рыбохозяйственных водоемов в отличие от гигиенического нормирования, устанавливаются в ходе экспериментов на водных организмах с помощью приемов и методов водной токсикологии.
Одной из главных причин негативных последствий антропогенного загрязнения природных сред является токсичность загрязняющих веществ. Токсиканты – вещества или соединения, способные оказывать ядовитое действие на живые организмы. По химической природе вредные вещества (токсиканты) бывают неорганического происхождения (кадмий, ртуть, свинец, мышьяк, никель, бор, марганец, селен, хром, цинк и др.) и органического (нитрозосоединения, фенолы, амины, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, пестициды, формальдегид, бенз(а)пирен и др.).
Токсичность воды может быть обнаружена с помощью физико-химических и биологических методов, которые условно подразделяются на методы биоиндикации и биотестирования (табл.2.8).
Таблица 2.8
Основные характеристики методов оценки токсичности вод
Признак
|
Химические
Методы
|
Биологические методы
|
Биоиндикация
|
Биотестирование
|
Тип индикации
|
Индикация
Воздействия
|
Индикация
Отклика
|
Индикация
Воздействия
|
Объект анализа
|
Вода
|
Водные сообщества
|
Вода
|
Цель анализа
|
Измерение концентраций химических веществ
|
Оценка состояния природных сообществ
|
Интегральная оценка токсичности на тест-организмах
|
Показатели токсичности
|
Превышение установленных регламентов
|
Негативные изменения в сообществах
|
Развитие патологических изменений у тест-организмов
|
Регламенты
|
Предельно допустимые концентрации
|
Не установлены
|
Отсутствие острого и хронического токсического действия
|
Метро
логические характеристики
|
Погрешность, сходимость, воспроизво-
димость
|
Не установлены
|
Сходимость,
воспроизво-
димость
|
Физико-химические методы измерения концентраций загрязняющих веществ в воде позволяют проверить соответствие их установленным нормативам качества воды для конкретных видов водопользования (рыбохозяйственного, рекреационного, питьевого и т.д.). Наиболее приоритетными для химико-токсикологического анализа являются тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, медь, никель, кобальт, цинк), обладающие высокой токсичностью и миграционной способностью.
Количественные определения химических веществ представлены арсеналом различных методов: физических (нейтронно-активационный, рентгенофлуоресцентный, масс-спектрометрический); физико-химических методов (атомно-абсорбционный анализ, атомно-эмиссионный метод с индуктивно связанной плазмой, хроматографические, электрохимические и спектрофотометрические методы с использованием органических реагентов различных классов).
В последнее время активно применяются тест-методы на основе классических цветных реакций, позволяющие определять токсиканты на уровне экспресс-анализа с достаточно высокой токсичностью и селективностью.
Химические методы дают информацию об интенсивности воздействия на водную экосистему. Их недостатком является невозможность оценки реальных биологических эффектов как отдельных загрязняющих веществ, так и их комплексов, а также продуктов их трансформации и метаболизма. Кроме того, число химических соединений, загрязняющих водную среду, так велико, что трудно поддается контролю, и перспектива в этом отношении весьма пессимистична. В настоящее время, по оценкам некоторых специалистов, контролируется всего около 0,3 % поступающих в окружающую среду химических веществ.
Методы биоиндикации, которые представляют собой традиционные гидробиологические способы, позволяют получить данные, характеризующие отклик водных биоценозов на антропогенное воздействие. В большинстве случаев гидробиологи регистрируют отклик, который формируется за определенный, достаточно длительный промежуток времени. Большинство гидробиологических показателей обладает известной консервативностью и не позволяет выявить возможные адаптационно-приспособительные изменения в сообществах, отличить межгодовые циклические колебания от влияния антропогенных факторов.
Методы биотестирования, в отличие от биоиндикации, представляют собой характеристику степени воздействия на водные биоценозы. С помощью этих методов можно получить данные о токсичности конкретной пробы воды, загрязненной химическими веществами – антропогенными или природного происхождения.
Таким образом, методы биотестирования, будучи биологическими, близки к методам химического анализа вод. В то же время, в отличие от химических методов, они позволяют дать реальную оценку токсических свойств воды или другой среды, обусловленной присутствием комплекса загрязняющих веществ и их метаболитов.
Биотестирование воды – это оценка качества воды по ответным реакциям водных организмов, являющихся тест-объектами.
Согласно ГОСТ 27065-85 биотестирование воды – это оценка ее качества по ответным реакциям водных организмов, являющихся тест-объектами. Опыты по установлению ПДК рыбохозяйственных водоемов проводятся с водными организмами, представляющими основные трофические звенья водной экосистемы: с рыбами, кормовыми беспозвоночными, водорослями.
Биотестирование представляет собой классический экспериментальный методический прием, используемый в токсикометрии для разработки нормативов концентраций химических веществ. Параметрами токсичности являются ЛД50 (летальная доза для 50 % тест-организмов) и ЛК50 (летальная концентрация для 50 % тест-организмов). В ходе токсикологических экспериментов определяют параметры острой и хронической токсичности.
Сведения об области применения приемов и методов биотестирования даны в таблице 2.9.
Таблица 2.9
Область применения методов биотестирования для определения токсичности водной среды
Объект
биотестирования
|
Параметры токсичности, норматив
|
Цель биотестирования
|
Тест-организм
|
Химические вещества
|
Концентрации:
ЛК50, МНК, ПДК, ОБУВ, ЭК50
|
Рыбохозяйственное нормирование;
контроль токсичности
|
Гидробионты. Стандартный набор тест-организмов
|
Производственные, технологические и сточные воды (точечные источники загрязнения)
|
Коэффициент (кратность) разбавления
|
Оценка эффективности очистки, выявление опасных компонентов, экологическая паспортизация предприятий
|
Наборы биотестов
|
Природные воды (неточечные источники загрязнения)
|
ОТД, ХТД, ЛВ50
|
Проверка соответствия качества воды установленным регламентам. Оценка токсикологического состояния водных объектов. Выявление зон экологического бедствия и чрезвычайных ситуаций
|
Наборы биотестов
|
* Обозначения параметров токсичности: ЛК50 – летальная концентрация для 50 %тест-организмов; ЭК50 – эффективная концентрация для 50 % тест-организмов; МНК – максимальная недействующая концентрация; ПДК – предельно допустимая концентрация; ОБУВ – ориентировочно безопасный уровень воздействия; ОТД – острое токсическое действие; ХТД – хроническое токсическое действие; ЛВ50 – время гибели 50 % тест-организмов.
Для веществ, которые являются объектом международной торговли, используют унифицированные токсикологические характеристики, в частности токсикологический паспорт, разработанный еще в рамках деятельности стран-членов СЭВ и деятельности ЮНЕП.
Лимитирующий показатель вредности (ЛПВ) используется одновременно с ПДК, но не имеет количественной характеристики и отражает приоритетность требований к качеству воды.
Ввиду многообразия вредных и токсичных веществ в водоемах их объединяют в группы и каждую нормируют по лимитирующему показателю вредности (ЛПВ). Суть лимитирующего показателя вредности (ЛПВ) заключается в том, что загрязнители воды могут оказывать на водные экосистемы и здоровье человека неблагоприятное воздействие нескольких видов, каждое из которых характеризуется своей безопасной концентрацией. То из воздействий, безопасная концентрация для которого минимальна, и является лимитирующим.
В соответствии с Санитарными правилами и нормами «Охрана поверхностных вод от загрязнений» (СанПин 4630-88) установлены две категории водоемов (или их участков):
а) питьевого и культурно-бытового назначения;
б) рыбохозяйственного назначения.
Для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования установлены следующие лимитирующие признаки вредности:
1) общесанитарный (характеризует влияние, оказываемое вредным веществом на общесанитарное состояние водного объекта, в частности, на скорость протекания процессов естественного самоочищения);
2) органолептический (характеризует способность вещества менять свойства воды, обнаруживаемых осязанием и обонянием – запах, привкус, цвет, появление пены).
3) санитарно-токсикологический (характеризует токсическое действие вещества на здоровье человека и организмы животных).
Вода не должна иметь на поверхности пленку и содержать различаемых невооруженным глазом водных организмов.
Лимитирующие признаки вредности по органолептическим свойствам питьевой воды приведены в таблице 2.10.
Таблица 2.10
Нормативы органолептических свойств питьевой воды
Показатель
|
Норматив
(не более)
|
Запах при 20 °С и нагревании до 60 °С,баллы
Вкус (привкус) при 20 °С, баллы
Цветность, градусы
Мутность по стандартной шкале, мг/л
|
2
2
20
1,5
|
В рыбохозяйственном нормировании по лимитирующему признаку вредности определяются пороги вредного и безвредного действия токсических веществ. ЛПВ характеризуется наименьшей пороговой и подпороговой концентрациями по влиянию на здоровье человека, на органолептические свойства воды, на общесанитарное состояние водного объекта. Именно ЛВП определяет мишень наиболее вероятного влияния химического вещества на водоем или водоток.
В рыбохозяйственном нормировании приняты следующие лимитирующие показатели (признаки) вредности:
1) общесанитарный показатель вредности включает изменения трофии водоема, снижение концентрации растворенного кислорода, изменение солености, температуры воды, механическое загрязнение твердыми и жидкими веществами.
2) токсикологический показатель вредности включает проявления прямого токсического действия на водные организмы – нарушение функций дыхания, питания, размножения, функции нервной системы, фотосинтеза водных растений и водорослей, обжигающее действие (нарушение покровов тела, целостности мембран и т.д.).
3) рыбохозяйственный показатель вредности – это порча качеств рыбы и других промысловых видов, накопление в них токсичных веществ, опасных для человека и домашних животных, накопление возбудителей заболеваний.
Ниже приводится ПДК и ЛПВ ряда загрязняющих веществ в водных объектах (табл. 2.11).
Таблица 2.11
Предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых
веществ в воде, мг/л
Вещество
|
Хозяйственно-бытовые
источники
|
Рыбохозяйственные
водоемы
|
ПДК
|
ЛПВ*
|
ПДК
|
ЛПВ*
|
Сульфаты (по SO4)
|
500
|
Орг.
|
100
|
Орг.
|
Нитраты (по NO3 )
|
45
|
С.-т.
|
40
|
С.-т.
|
Нитриты (по NO2)
|
3,3
|
С.-т.
|
0,08
|
токс.
|
Аммиак (по азоту)
|
2,0
|
С.-т.
|
0,39
|
токс.
|
Медь
|
1,0
|
Орг.
|
0,001
|
токс.
|
Железо
|
0,3
|
Орг.
|
0,1
|
токс.
|
Нефтепродукты
|
0,3
|
Орг.
|
0,05
|
р.-х.
|
Марганец
|
0,1
|
Орг.
|
0,01
|
токс.
|
Свинец
|
0,03
|
С.-т.
|
0,1
|
токс.
|
Фенол
|
0,001
|
Орг.
|
0,001
|
р.-х.
|
Ртуть
|
0,0005
|
С.-т.
|
0,00001
(отсутствие)
|
токс.
|
* ЛПВ – лимитирующий показатель вредности: орг. – органолептический; с.-т. – санитарно-токсикологический; токс. – токсикологический; р.х. – рыбохозяйственный.
Предельно допустимый сброс (ПДС). Аналогично выбросам в атмосферу, сбросы сточных вод нормируются с использованием величины (ПДС). Величину ПДС рассчитывают как величину массы загрязняющих веществ, сброшенных в составе сточных вод за определенное время, которая не приведет к превышению нормативов концентраций загрязняющих веществ в «приемных» водах (водном объекте).
где qcm – расход сточных вод, м3/ч;
Ccm – концентрация вещества в сточной воде, г/м3.
ПДС устанавливается для каждого предприятия или любого другого источника загрязнения.
На основе использования расчетных величин ПДС в Российской Федерации устанавливаются лимиты водоотведения. Лимиты водоотведения устанавливаются для водопользователей на определенный срок специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды, а по подземным водным объектам – и с государственным органом управления использованием и охраной недр.
Предельно допустимая нагрузка (ПДН) на водный объект. Степень предельно допустимого загрязнения воды в водном объекте, зависящая от его физических особенностей и способности к нейтрализации примесей, рассматривается как предельно допустимая нагрузка.
В общем случае допустимая нагрузка на водоем при его загрязнении определяется в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод. Типовые положения, 1991».
Различают отраслевые и региональные ПДН нагрузки на окружающую среду. Отраслевые ПДН оперируют отдельными видами природных ресурсов. Региональные ПДН разрабатываются с учетом хозяйственной деятельности или рекреационной нагрузки на природные комплексы. Например, известные нормы допустимых воздействий на экосистему Байкала устанавливают ограничения на использование его водных ресурсов, рыбных запасов, лесных богатств, на развитие хозяйственной деятельности.
Нормативы санитарных и защитных зон устанавливаются с целью охраны водоемов от загрязнений. Для поддержания благоприятного гидрологического режима, улучшения санитарного состояния, рационального использования водных ресурсов и сохранения генофонда кормовых растений на пойменных лугах вокруг каждой реки, озера или водохранилища создают водоохранную зону, размер которой зависит от геофизических, геоботанических, почвенных, гидрологических и других условий.
Минимальная ширина зоны, устанавливаемая для рек от среднемноголетнего уреза воды в летний период по длине реки от истока, приведена в таблице 2.12.
Таблица 2.12
Характеристика водоохраной зоны
Длина реки до……, км
|
10
|
50
|
100
|
200
|
500
|
>500
|
Ширина зоны, м
|
15
|
100
|
200
|
300
|
400
|
500
|
В водоохраной зоне строго воспрещаются:
- авиационно-химические работы;
- применение ядохимикатов, пестицидов и дефолиантов;
- использование навозных стоков для удобрения;
- размещение складов ядохимикатов, минеральных удобрений, горюче-смазочных материалов, складирование навоза, мусора, отходов производства;
- устройство животноводческих комплексов и ферм;
- вырубка лесов;
- стоянка и заправка топливом, мойка и ремонт автотранспортных средств, устройство взлетно-посадочных полос и площадок для авиационно-химических работ;
- вымочка кож, льна, конопли.
Минимальная ширина прибрежной зоны для реки устанавливается в зависимости от средне-многолетнего уреза воды в летний период и уклона до 15 °С–25 м; до 20 °С –35 м; более 30 °С–50 м.
|
