46
Под биохимической потребностью в кислороде (БПК) понимается то количество кислорода, которое поглощают из воды нестойкие органические вещества в определенный отрезок времени [7]. В зависимости от продолжительности определения различают БПК1 (однодневное), БПК2 (двухдневное), БПК5 (пятидневное) и т.д., БПКПОЛН (полное). Чаще всего определяют БПК5. Выражается БПК так же, как и окисляемость, в мг кислорода/л. в чистых природных водах БПК5 не превышает обычно 2,0 мг кислорода/л. Приближенно считается, что распад органического вещества в водоеме заканчивается, когда БПК5 воды снижается до 2,0 мг кислорода/л. чем выше показатели окисляемости и БПК воды, тем более она загрязнена органическими веществами.
Щелочность характеризует щелочной резерв воды, и по ее величине можно судить о количестве находящихся в воде щелочных и щелочноземельных металлов (К, Na, Ca, Mg), связанных со слабыми кислотами и двуокисью углерода. Определяется она титрованием воды соляной кислотой. Количество миллилитров 0,1 раствора HСl, пошедшее на титрование 100 мл воды, и есть щелочность, выраженная в миллиграмм - эквивалентах. Показатель общей жидкости характеризует количественное содержание в воде кальция и магния, связанных как со слабыми, так и сильными кислотами. Выражается общая жесткость в миллиграммах окиси кальция на литр или в миллиграмм – эквивалентах или в градусах (1 градус = 10 мг СаО). В природных не загрязненных водах щелочность и жесткость колеблются в значительных пределах и меняются по сезонам года, а иногда и в течение суток.
Со сточными водами в водоемы могут поступать также различные вещества, не входящие в состав природных чистых вод, токсические вещества и вещества, постепенно накапливающиеся в водоемах и в водных организмах. Таким образом, под влиянием сточных вод может происходить коренное изменение и ухудшение всего гидрохимического режима водоемов, а, следовательно, и условий обитания в них водных организмов.
По составу загрязнителей и характеру их действия на водоемы и водные организмы все сточные воды разделяются на
47
следующие четыре группы [10]: 1) содержащие не органические примеси со специфическими токсическими свойствами; 2) содержащие неорганические примеси без специфических токсических свойств; 3) содержащие органические примеси без специфических токсических свойств; 4) содержащие органические примеси со специфическими токсическими свойствами.
Кпервой группе относятся сточные воды содовых, сернокислотных, азотнотуковых заводов, заводов черной металлургии, машиностроительных предприятий, рудообогатительных фабрик свинцовых, цинковых никелевых руд
идр. Основные загрязнители сточных вод этой группы – растворимые и нерастворимые неорганические вещества (соли, щелочи, кислоты, мышьяк, медь, свинец и другие тяжелые металлы, окислы гидроокиси металлов, сероводород, сернистые соединения), многие из которых обладают токсическими веществами.
Под влиянием таких сточных вод изменяются цвет, прозрачность, вкус и запах воды, на дне водоемов появляется отложения нерастворимых осадков, что затрудняет развитие донной фауны. Взвешенные вещества забивают и повреждают жабры рыб, вызывают у них жаберные заболевания. В ряде случаев происходит засолонение водоемов, изменение физикохимических свойств воды, отравление водных организмов сероводородом, мышьяком и другими токсическими веществами. В результате в некоторых сильно загрязненных водоемах полностью исчезают рыбы и их кормовые объекты, обитающие в толще воды (планктон) и в грунтах (бентос).
Сточные воды второй группы (без специфических токсических свойств) формируются в результате сбросов углеобогатительными фабриками, рудообогатительными фабриками кварцевых и марганцевых руд и др. Основными загрязнителями являются взвешенные минеральные вещества и мелкие частицы пустой породы. Влияние их на водоемы и водные организмы аналогично сточным водам первой группы, но они менее вредны.
Ктретьей группе относятся сточные воды дрожжевых, пивоваренных, картофелекрахмальных, сахарных заводов и др.
48
эти вещества поглощают растворенный в воде кислород и создают
вводоеме кислородный дефицит. Под влиянием таких сточных вод в водоеме повышается окисляемость и БПК, изменяется рН, щелочность, прозрачность, цветность, т.е. нарушается нормальный гидрохимический режим водоема. Нерастворимые органические вещества сточных вод оседают на дно, постепенно разлагаются, поглощая растворенный в воде кислород и выделяя газообразные продукты распада. Это еще более ухудшает санитарное состояние водоема и порой приводит к гибели рыб и других водных организмов.
Поступление органических загрязнений в водоем часто способствует бурному развитию сине-зеленых водорослей, что приводит к так называемому «цветению» воды и обрастанию подводных предметов, т.е. к развитию на их поверхности некоторых бактерий, грибов, водорослей, простейших. В зависимости от природы и количества развивающихся водорослей цветения воды может играть или положительную роль, ускоряя самоочищения воды, или отрицательную, ухудшая физикохимические ее свойства. Во время массового цветения вода становится мутной, зеленой, в ней появляются неприятные привкусы и запахи, и она делает непригодной для водоснабжения населения. При массовом отмирании водорослей образуются различные продукты их распада, поглощающие кислород из воды, и выделяются токсические вещества. Все это вызывает вторичное загрязнение водоема.
Кчетвертой группе сточных вод относятся промышленные стоки химических, коксохимических, газосланцевых, нефтеперерабатывающих заводов. В них наряду с нетоксическими загрязнениями содержатся ядовитые вещества: красители, смолы, фенолы, спирты, альдегиды, нефтепродукты, сернистые соединения, сероводород и т.д. Эти сточные воды влияют на водоемы аналогично стокам первой группы, но более сильно. Они снижают содержание в воде кислорода, увеличивают ее окисляемость и БПК.
Растворимость кислорода в значительной степени зависит от температуры воды. Чем выше температура сточных вод, тем ниже
вней содержание кислорода. Систематическое поступление в реки
49
иводоемы масс загрязняющих веществ снижают способность рек к самоочищению.
Рассмотрим несколько подробнее влияние на водоемы сточных вод предприятий по переработке твердого и жидкого топлива. Характерной особенностью стоков предприятий термической переработки твердого и жидкого топлива является то, что все они содержат различные факторы, их производственные, аммиак и большое количество других взвешенных и растворенных органических и минеральных веществ. Основная масса органических веществ способна довольно быстро минерализоваться в результате окисления и деятельности микроорганизмов. Бензол, масла, смолы, фенолы и некоторые другие вещества минерализуются медленно, и поэтому образованное ими в водоеме загрязнение распространяется на десятки и даже сотни километров, особенно в быстротекущих реках. При этом загрязнители могут находиться в сточных водах в весьма значительных количествах. Например, крупный коксохимический завод ежедневно сбрасывает со сточными водами в водоем от 0,5 до 6,5 т взвешенных веществ, от 4,7 до 10,5 т фенол, около 0,2 т аммиака, до 5 т сульфатов, до 9 т хлоридов и много смолистых веществ.
Влияние таких сточных вод наиболее сильно сказывается на физических свойствах воды водоема [21, 68]. Вода приобретает окраску, неприятный фенольный медикаментозный запах и привкус, делается мутной, покрывается флуоресцирующей пленкой, мешающей естественному течению биологических процессов в водоеме, и становится непригодной для питья, водопоя скота и хозяйственно-бытовых нужд населения. Например, на реке Томи (притоке Оби) вода непригодна к употреблению на участке более чем 200 км ниже сброса сточных вод. Наличие фенолов обнаруживается не только в воде Томи. Но
ив воде Оби.
Взвешенные вещества сточных вод засоряют водоемы, а мелкие минеральные частицы наносят повреждение жабрам рыб. Некоторые водные организмы обволакиваются пленкой с этими частицами и теряют способность к передвижению. Смолы и крупные механические примеси, оседая в водоеме, вызывают
50
вторичное его загрязнение. Легкие фракции смол находятся в воде в виде эмульсии и образуют поверхностную пленку, на которой могут задерживаться капельки кислот, вызывающие ожоги кожи у купающихся. Фенолы и смолы ядовиты для водных организмов. Особенно токсичны фенолы, находящиеся в сточных водах предприятий термической переработки твердого топлива. Степень вредности фенолсодержащих сточных вод для рыб зависит от природы фенолов и сочетания их с другими веществами. По данным ВНИОРХа, рыба выживает в растворах с концентрацией фенола до 25 г/м3. Сточная вода коксогазового завода не оказала отрицательного влияния на годовиков окуней только при разведении ее в 500 раз, т.е. при содержании фенолов 0,015 г/м3. Нормальное развитие дафний, икры окуня и выживание его личинок наблюдалось в растворах, содержащих не более 0,02 г/м3 фенолов. Качество рыбы определяет степень приобретения ею посторонних запахов и привкуса, поэтому последнее свойственно различным видам рыб в разной степени. Более жирные виды (лосось, уголь, линь, сельдь и др.), а также наиболее жирные части тела рыб приобретают более интенсивный запах. Порча вкусовых качеств воды и рыбы особенно усиливается при одновременном поступлении в водоем фенола, смол и хлора, так как в этом случае образуются хлорфенолы, незначительные количества которых придают воде и рыбе неприятный запах. Вода становится непригодной для употребления уже при содержании нескольких миллиграммов фенола в 1 м3. Поэтому предельное содержание фенолов в воде не должно превышать санитарной нормы (0,001 г/м3). Поступление фенольных сточных вод в водоем часто приводит к нарушению всего его режима.
Сильно загрязняются природные водоемы нефтью и сточными водами нефтеперерабатывающих заводов, содержащими различные продукты переработки нефти (нафтеновые кислоты, сернистые соединения, меркаптаны, азотистые соединения, смолистые вещества, а также органические и неорганические соли, фенолы и их производственные, сероводород и его соли, соединения мышьяка и винца, кислоты, щелочи и пр.).