Обеспечение качества водных объектов

Взятая из озера, реки или колодца вода должна быть безопасна для здоровья, иметь приятный вкус и не иметь запаха.

Контроль и управление качеством воды в водных объектах призваны дать ответ на ряд вопросов: какую воду следует считать чистой и безопасной; какие вещества и в какой концентрации загрязняют воду и т.д.

Степень предельно допустимого загрязнения воды в водном объекте, зависящая от его физических особенностей и способности к нейтрализации примесей, рассматривается как предельно допустимая нагрузка.

Использование воды может быть связано с изъятием ее из водного объекта, что приводит к его истощению и разрушению экосистемы. Вводимый в практику норматив предельно допустимой экологической нагрузки (ПДЭН) на водные экосистемы позволит предотвратить деградацию и гибель экосистем. Основная цель при решении задач, связанных со снижением уровня загрязнения в водных объектах, заключается в разработке обоснованных предложений по сокращению загрязненных сбросов в водную среду в такой мере, чтобы процессы естественной утилизации загрязняющих веществ постоянно превалировали над процессами загрязнения и приводили к устранению нарушений в экосистемах. В общем случае допустимая нагрузка на водоем определяется как разность между установленной нормативной нагрузкой Снорм, т.е. возможностью сброса, и существующей, т.е. фактической, нагрузкой Сфакт:

Необходимое качество воды в водоеме может обеспечиваться поддержанием необходимых гидрохимических и гидрологических режимов. Попадающие в водоем токсиканты изменяют гидрохимический состав поверхностной воды и в зависимости от концентрации оказывают влияние на процессы формирования ее качеств.
Поэтому контроль за состоянием водных объектов осуществляется по физическим, химическим, бактериологическим и гидробиологическим показателям.

В нашей стране анализ состояния водных объектов проводят ряд организаций, относящихся к различным министерствам:

• Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды следит за количественными и качественными показателями поверхностных вод и их изменением под влиянием деятельности человека;
• Центр санитарно-эпидемиологического надзора контролирует водоемы и воду, используемые для питьевого водоснабжения, лечебно-оздоровительных целей;
• Рыбохозяйственная инспекция осуществляет надзор за водоемами, имеющими рыбохозяйственное значение;
• Управление по геологии и использованию недр осуществляет функции контроля за использованием подземных вод и охраны их от истощения и загрязнения;
• Комитет по водному хозяйству следит за водопользованием и водопотреблением.

Гидрохимический контроль за качеством воды состоит из системы контроля и наблюдений:

• за химическим составом воды водоемов и водотоков бассейна;
• поступающими атмосферными осадками;
• антропогенными источниками загрязнения.

Сеть гидрохимических наблюдений создается с учетом сбросов сточных вод, а также видов водопользования.

Состав и объем гидрохимических наблюдений определяется требованиями, предъявляемыми органами Государственного управления и надзора и основными водопользователями. При этом обычно определяются:

• минерализация;
• содержание кислорода;
• биологическое потребление кислорода (БПК);
• химическое потребление кислорода (ХПК);
• содержание основных ионов, биогенных веществ, нефтепродуктов, детергентов, фенолов, пестицидов, тяжелых металлов.

Определяются также физические параметры: цветность, температура. Объектами санитарных наблюдений являются водоемы, которые используются для хозяйственно-питьевых и культурнобытовых нужд населения. Створы обычно расположены вблизи пунктов санитарно-бытового водопользования.

При проведении наблюдений собирают сведения об основных источниках загрязнения:

• санитарном благоустройстве населенного пункта;
• условиях отведения сточных вод;
• промышленных и других объектах, сбрасывающих сточные воды;
• качестве и составе сбрасываемых стоков;
• характере очистки и обеззараживания и т.д.

Загрязненность воды — понятие, относящееся только к вполне определенному месту или зоне водного объекта и к конкретному виду водопользования. Водный объект вне места водопользования не считается загрязненным, даже если его экосистема полностью разрушена вследствие сброса вредных веществ. С экологической точки зрения это неприемлемо. Поэтому специалисты различных
производств должны независимо от того, обеспечена или нет допустимая нагрузка на водный объект, принимать все технически доступные меры для минимизации сброса в него загрязняющих веществ.

Контроль за загрязнением водных объектов только по физическим и химическим показателям, а также бактериологическая оценка поверхностных вод, даже при наличии экологически обоснованных норм содержания загрязняющих веществ и микрофлоры, в природных средах оказываются недостаточными.

Основным нормативным требованием к качеству воды является соблюдение установленных предельно допустимых концентраций. Предельно допустимые концентрации в воде — это такие нормативные показатели, которые исключают неблагоприятное влияние каких-либо веществ на организм человека и ограничение
хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и других видов водопользования.
Состав и свойства воды в водных объектах должны соответствовать нормативам в створе реки или в радиусе 1 км от пункта водопользования для непроточных водоемов (рис. 17.2, 17.3).

ПДК для различных категорий водопользования различны. Например, присутствие хлорорганических соединений (ДЦТ, гексахлоран) в хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых водных объектах допускается в концентрациях 0,02 и 0,1 мг/л соответственно, а в воде рыбохозяйственных водоемов присутствие этих веществ вообще не допускается.

Исходя из того, что отдельные вещества оказывают неблагоприятные воздействия на организм лишь при попадании внутрь, а другие представляют опасность даже при контактном воздействии, приняты различные ограничения. Например, санитарные ограничения регламентируют возможности купания и умывания при наличии в воде одних веществ, в то время как санитарно-гигиенические ограничения лимитируют использование воды для питья и

приготовления пищи при наличии в ней других веществ. Поэтому ПДК разных веществ различаются по лимитирующим показателям вредности (ЛПВ). Такой подход позволил объединить вещества с учетом лимитирующих показателей в следующие категории:

• органолептический ЛПВ учитывает органолептические свойства воды (цвет, запах, вкус);
• общесанитарный ЛПВ учитывает влияние на общесанитарное состояние водоема, в частности на скорость протекания процессов самоочищения;
• токсикологический ЛПВ учитывает влияние на организм человека и обитающих в воде животных.

Для водных объектов культурно-бытового и хозяйственно-питьевого назначения в основу приоритетности нормирования положены преимущественно санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический лимиты, а для водных объектов рыбохозяйственного назначения — в основном токсикологический и отчасти органолептический.

При питьевом и рекреационном назначении вода нормируется по 11 основным показателям. При этом ПДК установлено более чем для 1 200 ядовитых веществ.
Вода, используемая для рыбохозяйственных целей, нормируется по восьми основным показателям. При этом ПДК разработано почти для 1 ООО веществ. При наличии нескольких веществ, относящихся к одной группе лимитирующего показателя вредности, содержание загрязняющего вещества должно соответствовать
условию

где m — общее количество веществ данной группы ЛПВ, находящихся в воде исследуемого водного объекта; Сi — средняя концентрация i-го вещества в воде водного объекта; ПДКi — предельно допустимая концентрация того же вещества.
В качестве примера в табл. 17.3 приведены значения ПДК веществ в водных объектах хозяйственно-питьевого назначения.

Качество воды оценивается не только по присутствию в ней токсичных или дурно пахнущих веществ, но и по изменениям физико-химических показателей и свойств воды. В табл. 17.4 приведены общие требования к составу и свойствам воды.

Наряду с общими требованиями к составу и свойствам воды разработаны и внедрены в практику специальные требования, например к качеству водных объектов, предназначенных для купания и спорта (табл. 17.5), которые узаконены ГОСТ 17.15.02 — 80 «Гигиенические требования к зонам рекреации водных объектов».

• В целях защиты прибрежных вод морей установлены зоны санитарной охраны вод:
  зона водопользования, распространяющаяся на расстояние 2 морских мили от берега (1 морская миля = 1 852 м) и используемая для купания, спорта и отдыха;
• охранная зона водопользования, охватывающая I и II зоны санитарной охраны и распространяющаяся на 5 морских миль.

Основные требования к качеству воды в прибрежной зоне приведены в табл. 17.6. Особое внимание при оценке качества воды уделяется таким показателям, как интенсивность запахов (табл. 17.7) и вкусовой порог минеральных веществ (табл. 17.8).

Защита водных объектов от поступления в них загрязняющих веществ может осуществляться разнообразными способами и средствами. Однако выбор подходящего способа определяется в основном источником и типом загрязнения. В случае защиты водоемов от попадания в них коммунально-бытовых отходов можно
все источники разделить на два типа:
1) жилые массивы, сточные воды которых попадают в природные водоемы через сливные и канализационные трубы. Такие источники загрязнений называют стационарными, или точечными;
2) источники загрязнения, характерные, например, для сельской местности, от которых сточные воды поступают в природные водоемы с обширных поверхностей суши. Их принято называть линейными, или неточечными, источниками загрязнения. Сточные воды, содержащие растворенные и взвешенные вещества, отходящие в водные объекты, рассматриваются как сбросы. Сбросы могут быть неорганизованными, если они стекают в водный объект

непосредственно с территории промышленного или сельскохозяйственного предприятия, не оборудованного канализацией или иными устройствами для сбора, и организованными, если они отводятся через специальные источники, т.е. водовыпуски, которые классифицируются по следующим признакам:

• по типу водоема, в который поступает сточная вода (озерные, речные, морские);
• по месту расположения выпуска (береговые — размещенные в пределах береговой полости; русловые (в виде трубопроводов) — выводимые в русло реки до глубины более 30…40 м;
• глубоководные — выводимые в русло реки на глубину более 40 м);
• по конструкции распределительной части (сосредоточенные, рассеивающие, рассредоточенные);
• по типу оголовка, т.е. по конструкции сбросного устройства.

Целью природоохранных мероприятий является обеспечение такого содержания загрязняющих веществ в воде, которое не окажет вредного воздействия ни на качество окружающей среды, ни на здоровье людей. Поэтому задача сводится к ограничению содержания загрязняющих веществ в сбросах.

В мировой практике существует два подхода к решению данной задачи. Первый подход заключается в том, что загрязняющие вещества не должны оказывать отрицательного влияния на природные экосистемы в целом. Критерием считается ассимиляционный потенциал территории, показывающий, какое количество вредных веществ может без ущерба для своего состояния ассимилировать
та или иная территория.

Второй подход, практикуемый в России, заключается в том, что приоритетным условием является соблюдение санитарно-гигиенических нормативов, т.е. соблюдение условия С< ПДК. Отсюда следует, что предприятие должно обеспечить такое поступление загрязняющих веществ в природную среду (сброс), при котором эти вещества смогут рассеяться до неопасных концентраций в определенные местах.

Как было указано ранее (см. рис. 17.2), в створе реки в пределах 1 км перед пунктом водопользования должно выполняться условие С < ПДК. Между пунктом водопользования и створом сброса сточных вод расположена зона рассеивания (разбавления) вредного вещества, концентрация которого в сточной воде превышает ПДК. Условие С <= ПДК в установленном створе может быть обеспечено, если содержание вредных веществ в стоках (предельно допустимый сброс) гарантируется разбавлением их до неопасных концентраций. Обеспечение этих нормативов для каждого источника и каждого отдельного вещества (с учетом эффекта суммации) является конкретной задачей предприятия.

Таким образом, если ПДК являются нормативами на содержание загрязняющих веществ в природной среде, то ПДС являются нормативами на их поступление.

Под предельно допустимым сбросом понимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в единицу времени. Для каждого конкретного случая при установлении лимита отведения сточных вод в водный объект и прогнозирования степени загрязнения водного объекта вниз по течению от проектируемого выпуска расчет величины ПДС производится на основе уравнения баланса, учитывающего фоновую концентрацию, гидрологические, гидравлические и гидродинамические особенности водного объекта.

Проекты ПДС разрабатываются и утверждаются для предприятий, учреждений и организаций, имеющих или проектирующих самостоятельно выпуски сточных вод в водные объекты в целях соблюдения ПДК в контрольных створах водопользования. Расчет ПДС производится по наибольшим среднечасовым расходам сточных вод qст, м/ч, фактического периода спуска сточных вод. Концентрация загрязнений С выражается в мг/л (г/м^3), а ПДС — в г/с.

Характеристика промышленных сточных вод необходима так же, как и характеристика водоема, принимающего эти воды. Достоверные данные о характере и режиме выпуска промышленных сточных вод в водоемы можно получить, используя методическую схему проведения исследований характера сточных вод, приведенную на рис. 17.4.

Как видно из приведенной схемы, одним из основных мероприятий при становлении количества и качества сточных вод является разработка норм или установление соответствия удельного водопотребления и водоотведения. Установление соответствия с нормами дает характеристику степени эффективности использования воды, оптимального состава и количества сточных вод, отводимых на очистку в водостоки и водоемы.

Среди основных мероприятий при установлении количества и качества сточных вод следует выделить разработку норм или установление соответствия удельного водопотребления и водоотведения. Установление соответствия с нормами позволяет определить эффективность использования воды, оптимальный состав и количество сточных вод, отводимых на очистку в водостоки и водоемы.

Величина ПДС (г/с, г/ч или т/год) с учетом требований к составу и качеству воды в водном объекте определяется как произведение наибольшего расхода сточных вод (обычно среднечасового) q, м^3/ч, и разрешенной предельной концентрации вредного вещества в сточных водах СПдс> г/м^3.

При расчете условий сброса сточных вод сначала определяют значение Спдс, обеспечивающее нормативное качество воды в контрольных створах, а затем определяют ПДС по уравнению

Сброс, соответствующий ПДС, должен быть увязан с расходом сточной воды, так как уменьшение расхода при сохранении величины ПДС приводит к концентрации вещества в водном объекте, превышающем ПДК. Если концентрация загрязняющего вещества в водном объекте превышает ПДК, то Спдс в каждом конкретном случае согласовывается с инспекционными органами.

Основное расчетное уравнение для определения Спдс без учета неконсервативности вещества имеет вид

где n — кратность общего разбавления сточных вод в водостоке; Спдк — предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водотока, г/м^3.
Кратность общего разбавления сточных вод в водостоке определяют по формуле

где nн — кратность начального разбавления; n0 — кратность основного разбавления.
Независимо от нормативных требований к качеству воды в водном объекте существуют ограничения на сброс сточных вод. Запрещается сбрасывать в водные объекты сточные воды, если они:

• могут быть устранены путем рациональной технологии, максимального использования в системах оборотного и повторного водоснабжения;
• содержат ценные отходы, которые могут быть утилизованы на данном или других производствах;
• содержат производственное сырье, реагенты, полупродукты и конечные продукты производства в количествах, превышающих установленные нормативы технологических потерь;
• содержат вредные вещества, для которых не установлены ПДК;
• при соблюдении санитарных требований и с учетом состава местных условий могут быть использованы для орошения в сельском хозяйстве.