96

Розділ 5 Моніторинг вод

5.1 Гідросфера і наслідки від її забруднення

5.2 Державний моніторинг вод

5.3 Організація і проведення спостережень за якістю поверхневих вод

5.4 Організація моніторингу підземних вод

5.5 Моніторинг океанів і морів

5.6 Автоматизований контроль якості водного середовища

5. Моніторинг вод

1. Гідросфера і наслідки від її забруднення

1. Стан і використання водних ресурсів

Гідросфера – це водна оболонка Землі, сукупність океанів, морів, озер, рік, боліт, водоймищ, підземних вод, льодовиків, снігового покрову і ін.

Всі води поділяють на природні і стічні. Природна вода формується під впливом природних процесів за відсутності антропогенного впливу. Природні води в свою чергу поділяються на атмосферні, підземні і поверхневі.

Скупчення води на поверхні називають поверхневими водними об'єктами, що поділяють на водостік, водоймище, моря і льодовики. До водостоку відносяться річки, канали і струмки, а до водоймищ — озера, водосховища і ставки. Моря поділяють на окраїнні, внутрішні і територіальні, а льодовики — на материкові і гірські.

Основна маса води гідросфери зосереджена в світовому океані (1338млн. км , або біля 96,5%). Обсяг підземних вод складає 23,4 млн. км³, або 1,7% загального обсягу гідросфери. На частку льоду і снігу припадає приблизно 1,74% (24 млн. км³), на поверхневі води суші (озера, ріки, болота)– біля 0,014% (0,19 млн. км³). Поверхня морів і океанів у 2,5 рази перевищує територію суходолу. Середня глибина Світового океану – 3704 м, найбільша– 11034 м.

Основна маса води мінералізована. Морська вода представляє 3,5%-вий розчин солі з незначною кількістю розчинених газів і органічних сполук. В ній зустрічаються майже всі хімічні елементи і їхні ізотопи.

Особливе значення для людства мають ресурси прісних вод, запаси яких складають приблизно 2,5% від обсягу гідросфери (35 млн. км³). Однак на частку найбільш доступних для використання прісних вод припадає всього лише 0,3%.

До вікових природних запасів прісних вод суши відносять води, які одночасно знаходяться в озерах, ріках, льодовиках, а також в водоносних шарах гірських порід (підземні води).

До відновлюваних водних ресурсів відносять ті води, які щорічно відновлюються в процесі кругообігу води на Землі.

Оцінка відновлюваних водних ресурсів зазвичай здійснюється по середньому річному стоку. Стік річок і підземних вод на земній кулі складає 41 тис. км³, або 8% загального об'єму, що здійснює кругообіг на Землі. Стік складає 36,4% від об'єму опадів, що випадають на поверхню суші. Це відношення прийнято називати коефіцієнтом стоку, а об'єм води, який стікає з 1 км² поверхні за 1 с, називається модулем стоку.

Окрім поверхневих вод важливу роль в формуванні водних ресурсів мають підземні води. До підземних відносяться води, що накопичуються і переміщуються в порах, тріщинах або порожнинах гірських порід земної кори. Просочуючись і насичуючи шпарини, порожнини і тріщини гірських порід, підземні води можуть знаходитися у рідкому, твердому чи газоподібному (пара) стані.

Згідно класифікації води у гірських породах, що була запропонована в 1923 р. російським професором О.Лебедєвим, у товщі літосфери виділяють:

• хімічно зв’язану воду, яку поділяють на кристалізаційну, що входить до складу окремих мінералів (гіпсу Са5О₄*2Н₂О, опалу 5іО₂*пН₂О тощо), (при її вилученні змінюються властивості мінералів) та конституційну, що хімічно зв'язана у мінералах і входить до складу мінеральної решітки у вигляді іонів Н⁺ та ОН^- (при її вилученні міне­рали повністю руйнуються);

• фізично зв'язану воду, яка утримується навколо частинок ґрунту сила­ми поверхневого натяжіння і представлена також у двох формах - гіг­роскопічній, що у вигляді окремих молекул утримується навколо дріб­них агрегатів породи і може бути вилучена лише при значному нагрі­ванні, тобто при переході у газоподібний стан, та плівковій, яка утриму­ється навколо частинок ґрунту у вигляді плівки води різної товщини і може засвоюватися рослинами, хоч і відривається з певними трудноща­ми;

• пароподібну воду, що займає порожнини у гірських породах;

• воду у твердому стані (лід), яка може зустрічатися як у зоні багато­річної мерзлоти, так і в ґрунтах сезонного (зимового) промерзання;

• капілярну воду, що заповнює дрібні порожнини (капіляри) у гірських породах, де утримується силами поверхневого натяжіння (менісковими силами) і може рухатися навіть проти напрямку сили тяжіння (саме за­вдяки цій властивості підземні води часто підходять до поверхні землі, зумовлюючи різноманітні негативні процеси: заболочування, засолювання, зниження морозостійкості форм рельєфу тощо);

• гравітаційну (вільну) воду, яка заповнює тріщини і порожнини земної кори, рухаючись під дією сил тяжіння.

В залежності від характеру взаємин з підземними водами всі гірські по­роди можна умовно поділити на три групи: водопроникні, водонепроникні та розчинні.

Водопроникні породи здатні пропускати через себе воду і, в свою чергу, поділяються на невологоємні (крупні піски, галька, тріщинуваті граніти, піско­вики тощо) та вологоємні (торф, мул, крейда, лес та ін.). Якщо шар водопро­никних порід насичений водою, що фільтрується по шпаринах і тріщинах, йо­го називають водоносним горизонтом.

Водонепроникні породи по відношенню до умов фільтрації виступають як водотривкі горизонти - саме на них нагромаджується вода, не проникаю­чи далі вглиб літосфери, і на них утримуються розташовані вище водоносні горизонти. Вони також можуть бути невологоємними (суцільні магматичні і метаморфічні породи, щільні пісковики й інші масивні утворення) або волого­ємними, які після початкового насичення водою більше її через себе не про­пускають (глини, мергелі тощо).

Розчинні породи здатні утворювати більші чи менші порожнини, що роз­ширюються під розчинною дією води. До таких порід насамперед відносяться різні солі (калійна, кухонна), гіпси і ангідрити. Особливе місце у цій групі по­сідають деякі карбонатні породи (вапняки, доломіти) - водотривкі у звичай­ному стані, при тривалій взаємодії з водою вони здатні розчинюватися і утво­рювати значні за розмірами порожнини (карсти).

За умовами залягання розрізняють чотири основні різновиди підземних вод: ґрунтові, верховодку, підґрунтові та міжпластові.

Ґрунтові води насичують крайню верхню частину літосфери - ґрунтовий покрив. Вони утворюються шляхом інфільтрації у ґрунтовий шар атмосфер­них опадів, а також іноді поповнюються за рахунок конденсації водяної пари та капілярного всмоктування з нижчих водоносних горизонтів. Представлені здебільшого фізично зв'язаними (гігроскопічна, плівкова) або капілярними різновидами води, вміщують велику кількість органічних речовин і мікроорга­нізмів, що відіграє значну роль у процесі живлення рослин. Накопичення у ґрунтовому горизонті вільної води призводить до заболочування місцевості, а з її випаровуванням, особливо в умовах посушливого клімату та інтенсивного капілярного підняття, зв'язані процеси засолювання ґрунтів.

Верховодкою називають підземні водоносні горизонти, що залягають на невеликих глибинах і мають незначне поширення по площині (інфільтраційні потоки води затримуються на обмежених ділянках водотривких порід). По­тужність насичених верховодкою порід, як правило, не перевищує 0.4-1.0 м, хоч іноді цей водоносний горизонт може сягати 2-5, а часом і 10 м. Як правило, верховодка має сезонний характер, з'являючись навесні або після випадання дощів і поступово зникаючи завдяки випаровуванню та просочуванню у більш глибокі горизонти. Якість води, зазвичай, невисока, вода слабомінералізована, часто забруднена (особливо в межах населених пунктів), не має постійного гідравлічного зв'язку з річками та водоймами.

Підґрунтові води (підповерхневі або води зони аерації) - перший від поверхні постійно існуючий водоносний горизонт, розташований на значному за площею водотривкому шарі. Як правило, підґрунтові води мають вільну по­верхню, тобто над ними немає суцільного водонепроникного горизонту, і над "дзеркалом" підґрунтових вод аж до самої поверхні літосфери простягається зона, де порожнини й тріщини порід заповнені повітрям - це так звана зона аерації. Підґрунтові води в основному ненапірні, їх глибина залягання, темпе­ратура, мінералізація та витрати повсякчас змінюються. Потік підґрунтових вод, як правило, узгоджується з рельєфом і спрямовується від вододілів до річкових долин. Живлення підґрунтових водоносних горизонтів здійснюється за рахунок інфільтрації атмосферних опадів, фільтрації з річок, каналів та во­дойм, конденсації водяної пари у зоні аерації і перетоку води з більш гли­боких водоносних горизонтів. Існує тісний гідравлічний зв'язок підґрунтових вод з поверхневими водотоками.

Міжпластові води залягають у водопроникних шарах, які зверху і знизу затиснуті між пластами водотривких порід, і тому майже завжди знаходяться під тиском, тобто мають природний напір. В зв'язку із чим напірні міжпластові води часто називають артезіанськими. Рівень, до якого може піднятися вода під дією напору, називають п’єзометричним, а рі­вень, на якому фактично залягають міжпластові води, іменують міжпластовим. Геологічні структури, в межах яких поширюються міжпластові води, на­зивають артезіанськими басейнами. Окремі артезіанські басейни можуть складатися не з одного, а з декількох міжпластових горизонтів і часто поширюються на площі у сотні й тисячі квадратних кілометрів (Дніпровсько-Донецький, Волино-Подільський артезіанські басей­ни в Україні).

В межах верхньої товщі материків, складеної переважно осадовими поро­дами (пухкими і тріщинуватими), виділяють три яруси, які відрізняються один від одного за віком, хімічним складом та інтенсивністю водообміну:

• верхній ярус інтенсивного водообміну, який вміщує прісну воду сучасного атмосферного походження; ці води мають тісний зв'язок з поверхневими водами (живлять річки та водойми, або навпа­ки - приймають від них надлишки води);

• середній ярус уповільненого водообміну, який лежить нижче сфери впливу поверхневих вод (річок, озер) на глибинах порядку 1 км; у цьо­му ярусі теж переважає прісна вода, що зосереджується в артезіанських водоносних горизонтах і становить основу сучасного водопостачання;

• нижній ярус дуже уповільненого водообміну, який включає в себе ду­же давні води, що відріз­няються високою мінералізацією; крапельно-рідкі води у цьому ярусі можуть зустрічатися до глибини 10 км.

Природні виходи підземних вод на земну поверхню суходолу або з-під дна континентальних водойм (водотоків) та морів (океану) називають джере­лами

Підземні води представляють собою природні розчини, що містять понад 60 хімічних елементів, а також мікроорганізми. Як правило підземні води насичені газами. За ступенем мінералізації підземні води поділяють на прісні (з вмістом солей менше 1 г на літр), солонуваті (1-10), солоні (10-50) і ропа (50 г/л). В свою чергу прісні води поділяються на води малої (до 200мг/л), середньої (до 200-500 мг/л) і підвищеної мінералізованості (500-1000 мг/л).

Прогнозні запаси прісних підземних вод, по попереднім даним, складають біля 20 % загального річкового стоку. Роль підземних вод зростає в зв'язку з забрудненням багатьох поверхневих вод. Так, підземні води в системах питного водопостачання досягли в Бельгії — 90%, Фінляндії — 75%, США - 50 %, в колишньому СРСР - 40 %.

Природні ресурси використовують в народногосподарській діяльності в багатьох напрямках. Водовикористання поділяється на загальне і спеціальне.

В загальне водокористування входить задоволення питних потреб населення, водопій худоби, купання, водний туризм тощо. Воно здійснюється безкоштовно, в порядку, встановленому "Основами водного законодавства".

Спеціальне водокористування різноманітними об'єктами народного господарства на відміну від загального здійснюється тільки з дозволу державних органів і в багатьох випадках вимагає плати за користування водними ресурсами.

Розрізняють два види використання водних ресурсів: водокористування і водоспоживання.

При водокористуванні вода не вилучається з водоймища і не витрачається, а лише використовується для виконання певних функцій. Водокористувачами є гідроенергетика, водний транспорт, рибне господарство, лісосплав тощо.

При водоспоживанні вода забирається з водних об'єктів, причому частина її втрачається безповоротно (наприклад, випаровується), частина витрачається промисловістю і сільським господарством на виробництво продукції тощо. Крім того, при водоспоживанні різко погіршується в результаті засмічення і забруднення якість тієї частини води, що повертається у водні об'єкти.

В сучасних умовах точну межу між водокористуванням і водоспоживанням провести важко. Тому при комплексному використанні водних ресурсів ці два види використання водних ресурсів об'єднують під загальним терміном — водокористування.

Споживання води в народному господарстві перевищує сумарне споживання всіх видів природних ресурсів і продукції. Наприклад, для видобутку 1 т нафти необхідно використати не менше 10 м³ води, для виробництва 1 т сталі — 100 м³ , 1 т паперу — 250 м³ , 1 т ацетатного шовку — 2600 м³, лавсану — 4200 м³, капрону — 5600 м³. Основний споживач води – сільське господарство (70%), що зумовлено збільшенням площ зрошуваного землеробства. В світі площа зрошуваних земель становить 15% загальної площі сільськогосподарських угідь, які дають 50% усієї продукції.

Річковий стік України, який становить 83,5 млрд. м³, розподілений таким чином: 70% припадає на Південно-Західний економічний район, що становить 45% території і в якому проживає 40% населення; 30% - на Донецько-Придніпровський і Південний райони (55% території і 60% населення), де зосереджені найбільш водомісткі галузі народного господарства.

Україна належить до країн із низьким рівнем водозабезпеченості (на 1 жителя припадає 1,0 тис. м³).

В Україні 3039 рік довжиною понад 10 км, близько 22000 малих річок, на яких розташовані 90% населених пунктів.

Дніпро – третя за довжиною і площею басейну річка Європи (після Волги і Дунаю). Її басейн займає 65% площі України, загальна довжина – 2201 км (в Україні – 1205). Створення на Дніпрі каскаду гідроелектростанцій і водосховищ зумовило спрямлення його русла; зменшення у 8-10 разів швидкості течії та інтенсивності процесів самоочищення; підвищення рівнів підземних вод, зникнення цінних порід риб; забруднення води гниючими органічними рештками.

Екологічними проблемами України є нестача води в певних місцевостях; незадовільна якість води для питних потреб; забруднення річок підземних вод, водосховищ, Чорного і Азовського морів пестицидами, сполуками нітрогену і фосфору, важкими металами радіонуклідами, нафтопродуктами; „цвітіння” стоячих вод водосховищ тощо.

5.1.2. Склад і характеристика природних вод.

Природна вода за своїм складом надто різноманітна і представляє складні багатокомпонентні системи, основу яких складає хімічне з'єднання—H₂O. В її склад входять також сіль (здебільшого у вигляді іонів, молекул і комплексів), органічні речовини (в молекулярних з'єднань і в колоїдному стані), гази (у вигляді молекул і гідротованих сполук), дисперговані домішки, гідробіонти (планктон, бентос, нейстон), бактерії, віруси.

Під якістю природної води розуміють сукупність її властивостей, зумовлених характером домішок, що містяться у воді. За своєю природою домішки природних вод поділяються на органічні і неорганічні.

Поверхневі води характеризуються більшим вмістом нерозчинних речовин, а саме органічних сполук. Окрім частинок піску і глини в них є лес, мулисті речовини, різноманітні карбонатні сполуки та інші. Для більшої частини поверхневих водоймищ характерна мала мінералізація.

Підземні води не містять великої кількості органічних речовин, але часто насичені мінеральними солями, а інколи і газами. Спостерігається пряма залежність між глибиною залягання підземних вод і ступенем їхньої мінералізації. Підземні води часто характеризуються значною жорсткістю і підвищеним вмістом заліза, марганцю, фтору.

Норми якості води являють собою встановлені значення різноманітних показників в залежності від виду водовикористання. Розрізняють чотири основні групи показників, що характеризують якість вод: органолептичні, фізичні, хімічні і бактеріологічні.

Органолептичні показники визначаються за допомогою органів чуття людини і включають: запах, смак, колір, прозорість, мутність, забарвлення.

Смак і запах природних вод можуть бути природного або штучного походження. Розрізняють чотири основних смаки води: солоний, гіркий, солодкий, кислий. Відтінки смакових відчуттів, що складаються з основних, називають присмаками. Солоний смак вод звичайно зумовлений присутністю хлориду натрію, гіркий — сульфату магнію, кислий смак в більшості випадків пояснюється надлишком розчиненої вуглекислоти (мінеральні солі), залізний присмак надають воді розчинені солі заліза, лужний — поташ, сода, їдкі луги, в'яжучий — сульфат кальцію, сіль марганцю.

До запахів природного джерела відносять землистий, рибний, гнильний, сірководневий, ароматичний, болотний, глинистий, невизначений. До запахів штучного походження відносять хлорний, камфорний, аптечний, фенольний, хлорофенольний, запах нафтопродуктів.

Інтенсивність і характер запахів і присмаків води в теперішній час визначається органолептично, тобто за допомогою органів чуття по п'ятибальній шкалі.

Запах води аналізується в два етапи: при температурі довкілля (кімнатній) і при нагріванні до 60°С. Інтенсивність запаху оцінюється в балах: 0— при відсутності запаху, 1 — виявляється в лабораторії звичайними прийомами, 2 — виявляється при зверненні уваги на нього, 3 — легко помічається і викликає недобрі відгуки, 4 — звертає на себе увагу і може змусити втриматись від пиття, 5 — запах настільки сильний, що вода не придатна для пиття. Запах питної води не повинен перевищувати 2 бали, а запах, що з'являється при хлоруванні — 1 балу.

Смак і присмак визначають при температурі 20^оС і в балах: 0 — відсутність присмаку, 1 — дуже слабкий, 2 — слабкий, 3 — помітний, 4 — виразний, 5 — дуже сильний. Присмак питної води не повинен перевищувати 2 бали, а при хлоруванні — 1 балу.

Колір води зумовлений присутністю у воді гумусових і дубильних речовин, білково- і вуглеводневих сполук, жиру, органічних кислот і інших органічних сполук, які входять до складу живих і рослинних організмів, що містяться у воді, і що є продуктами їхньої життєдіяльності або розпаду. Колір природних вод зумовлений також наявністю гумусових речовин.

Колір встановлюють візуально. Він вимірюється в умовних градусах, що визначаються шляхом порівняння зі стандартними розчинами хромово-кобальтової шкали і характеризується як бурий, сірий, коричневий і інші.

Прозорість і каламутність характеризують наявність в воді завислих нерозчинних забруднень (частинок піску, глини, мулу, планктону, водоростей тощо).

Фізико-хімічні показники води включають температуру, окислювальність, розчинений кисень, азотовмісні речовини, сухий залишок, активну реакцію, лужність, жорсткість, мікроелементи, агресивність, вміст хлоридів, сульфідів та інших речовин. Сюди ж відносять показники органічного забруднення води — біохімічна і хімічна потреба у кисні.

Температура характеризує термальний стан води і визначається звичайно ртутними термометрами зі шкалою в градусах Цельсію.

Окислювальність води (тобто кількість кисню в мг/л, еквівалентна витраті окислювача, необхідного для окислення домішок в даному об'ємі) зумовлюється присутністю органічних і деяких легкоокислюючихся неорганічних домішок. По величині окислювальності природної води можна судити про її гігієнічну характеристику. Для питної води окислювальність не лімітується. Вона обмежується у випадку використання води для отримання технологічного пару і для охолодження в теплообмінних апаратах.

Розчинений кисень потрапляє у воду при його контакті з повітрям. Його вміст залежить від температури і тиску. В артезіанських водах він не зустрічається, а в поверхневих його концентрація досить велика. В поверхневих водах вміст кисню зменшується за наявності організмів бродіння, гнилизни, органічних залишків тощо. Різке зниження вмісту кисню в воді вказує на її забруднення. Чим менший вміст кисню, тим сильніше забруднена вода. Наявність розчиненого кисню має вирішальний вплив на процеси самоочищення забруднених вод в природних водних об'єктах.

Активна реакція води є показником її лужності або кислотності. Кількісно вона характеризується концентрацією водних іонів. Для нейтральної води рН=7, для кислої — менше 7, для лужної — більше 7.

Найбільшу небезпеку для річок і водоймищ мають скиди кислих підземних вод, що крім цього, мають підвищену мінералізацію. В них розповсюджені хлористі сполуки і вільна сірчана кислота, якій попутні сульфати важких металів.

Показник рН визначають за допомогою індикаторного (лакмусового) паперу або спеціальними приладами — рН-метрами.

Лужність води визначається сумою гідроксильних іонів і аніонів слабких кислот, що містяться у воді, — вугільної, органічних. Розрізняють бікарбонатну, карбонатну і гідратну лужність, а їхня сума визначає загальну лужність води. Лужні метали (мг/л) в природних водах представлені іонами калію і натрію з домінуванням останнього.

Жорсткість природних вод зумовлюється присутністю в них солей кальцію і магнію. Розрізняють загальну, карбонатну і некарбонатну жорсткість. Загальна жорсткість являє собою суму двох останніх. Карбонатна жорсткість пов'язана з присутністю у воді бікарбонатів кальцію і магнію, а некарбонатна — сульфатів, хлоридів, нітратів кальцію і магнію.

Високою жорсткістю характеризуються солонуваті води, а також частина прісних підземних вод.

Жорсткість води вимірюють у ммоль/кг чи мкмоль/кг. Причому 1ммоль/кг жорсткості води відповідає вмісту в ній 20,04 мг/кг солей кальцію чи 12,16 мг/кг солей магнію. Воду з загальною жорсткістю до 3,5 ммоль/кг відносять до м'якої, від 3,5 до 7 ммоль/кг — жорсткої, до і понад 10 ммоль/кг— до дуже жорсткої. Загальна жорсткість питної води не повинна перевищувати 7ммоль/кг.

Вмістом хлоридів і сульфатів визначають ступінь забруднення води речовинами органічного і мінерального походження. Хлориди і сульфати, завдяки своїй високій розчинності, присутні у всіх природних водах звичайно у виді натрієвих, кальцієвих і магнієвих солей. У природних поверхневих водах може бути від 60 до 100 мг/л сульфатіонів. При відсутності у воді кисню сульфатіони під дією сульфатредукучих бактерій відновлюються до сірководню.

Агресивність вод стосовно бетону і металу розділяють на сульфатну і загальнокислу. При вмісті сульфатів від 300 до 800 мг/л вода відноситься до слабоагресивної, а при вмісті більш 800 мг/л — до агресивної. Присутність у воді хлоридів підсилює корозію бетону.

Азотовміщуючі речовини в органічній, амонійній, нітритній і нітратній формах є показниками характеру і ступеня забруднення води. Скидання стічних вод з підвищеним вмістом азотних речовин звичайно приводить до цвітіння води і посилення росту водоростей у водних об'єктах. Аміак впливає на риб.

Загальний, сухий, прожарений залишок (мг/л чи мг-екв/л) — показники, що дозволяють судити про кількість солей і концентрації домішок мінерального й органічного походження, тобто відбивають ступінь загальної мінералізації води.

Загальний чи щільний залишок характеризує вміст у воді в основному домішок неорганічного походження. Він являє собою залишок від випарювання відомого обсягу нефільтрованої води, що потім висушують при 110°С до постійної маси.

Сухий чи розчинений залишок характеризує вміст мінеральних солей і нелетких органічних сполук. Його отримують при випарюванні відомого об'єму аналізованої води, попередньо профільтрованої через паперовий фільтр.

Прожарений залишок вказує на загальний вміст у воді мінеральних солей. Він визначається шляхом випарювання відомого об'єму води, прожарювання отриманого залишку при температурі 800°С і його зважування. Різниця між масами сухого і прожареного залишків показує вміст у воді органічних речовин, а маса золи — вміст мінеральних речовин. Розрізняють прожарений розчинений залишок і прожарений загальний залишок. У першому випадку пробу води перед випарюванням фільтрують, а в другому — ні.

Забруднення стічних вод органічними речовинами оцінюють побічно по величині, що називається біохімічною потребою в кисні (БПК). Чисельне значення БПК визначається витратою кисню на окислювання біохімічно окислюючих розчинених, колоїдних і частково завислих домішок у воді.

Визначення БПК роблять по зміні кількості розчиненого кисню в пробах спеціально обробленої води, витримують у термостаті при температурі 20°С впродовж 5,20 чи більше діб, тобто різниці вмісту кисню на початку і кінці витримки кожної проби БПК₂, БПК₂₀ і БПК_повн..

У поверхневих водах величини БПК₅ звичайно коливаються від 0,5 до 4,0 мг/л і піддані сезонній і добовій змінам. Дуже значні зміни значень БПК₅=0,5 – 1,0 мг/л, чистих – від 1,1 до 1,9, помірно забруднених – від 2,0 до 2,9, забруднених – від 4,0 до 10,0 і в дуже брудних БПК₅>10,0 мг/л.

Для оцінки ступеня забруднення виробничих стічних вод органічними речовинами однієї величини БПК недостатньо, тому що не всі домішки виробничих стоків можуть окислятися біохімічним шляхом. У цих випадках визначають хімічну потребу в кисні (ХПК). Під ХПК розуміють кількість кисню, необхідну для окислювання органічних речовин до діоксиду вуглецю, води й аміаку.

Бактеріологічні показники забруднення вод характеризують вміст у них хвороботворних (патогенних) і індикаторних бактерій, що вказують на можливість наявності в стічних водах патогенних мікробів.

Забруднені води звичайно є джерелом захворювання тварин і людей багатьма хворобами (дизентерією, правцем, гепатитом, черевним тифом і ін.), що викликаються патогенними і хвороботворними організмами, які живуть у воді, - бактеріями, вірусами, паразитичними черв’яками і т.п.

У зв’язку з тим, що при біологічному аналізі води визначення патогенних бактерій ускладнено, бактеріологічні визначення зводяться до визначення загального числа бактерій у 1 мл води, що ростуть при 37°С, і кишкової палички. Наявність останньої має індикаторні функції, тобто свідчить про забруднення води фізіологічними виділеннями людей і тварин тощо. Кількість патогенних бактерій, як правило, значно менша, ніж бактерій групи кишкової палички. Як основні показники бактеріального забруднення води можуть бути:

Мікробне число, що виражає загальну кількість бактерій, що виростають протягом 24 годин при температурі 37°С при посіві 1 мл досліджуваної води на 1,5%-вий м'ясопентонний агар.

Колі-індекс чи найбільш ймовірне число (НЙЧ) показує кількість кишкових паличок, що знаходяться в 1 л води.

Колі-титр виражає найменший об'єм у мілілітрах води, у якому міститься хоча б одна кишкова паличка чи мікробна клітина.

Природні води за ступенем бактеріального забруднення розділяють на сильно забруднені з колі-індексом більш 10000, забруднені — більш 1000, слабко забруднені — більш 100, задовільні — більш 10 і добрі — менш 3.

Фізичні і хімічні чинники впливають на склад і біологічну продуктивність природних водойм. Так, зміна температури впливає на розчинність газів (зменшується під час нагрівання) і багатьох сполук (краще розчиняються з підвищення температури; нагрівання сприяє гідролізу, прискоренню біохімічних процесів, може спричинити тепловий стрес у гідробіонтів). Від освітленості залежить інтенсивність процесів фотосинтезу у рослин і водоростей, вміст вуглекислого газу й кисню, продуктивність водних екосистем. Окисно-відновний потенціал характеризує співвідношення між окисниками і відновниками, вміст органічних сполук, кисню, інтенсивність розкладання органічних решток. Швидкість течії зумовлює різну інтенсивність процесів самоочищення, поширення забрудника, вміст кисню тощо. рН води впливає на розчинність солей, процеси міграції важких металів, життєдіяльність гідробіонтів. рН прісноводних рік і озер становить найчастіше близько 7 (іноді 8), морської води – приблизно 8,3. Для озерних гідро біонтів при рН=7,0 знижується вміст кальцію і гине ікра окремих видів земноводних; при рН=6,6 гинуть деякі молюски; при рН=6,0 зникають з водної екосистеми прісноводні креветки; при рН=5,5-6,0 знижується чисельність і загальна кількість водяних організмів, гине планктон; при рН=4,5 в озері практично не залишаються риби, не осаджуються і гинуть рештки.

Гідробіологічні показники дозволяють оцінити стан водойми за видовою різноманітністю рослин і тварин:

• оцінка за рівнем сапробності (вмістом органічних речовин від полісапробних (найзабрудненіших) до олігосапробних (найчистіших); кожному рівню сапробності відповідає певний набір індикаторних організмів;

• оцінка за функціональними характеристиками водойми – первинною продуктивністю, швидкістю деструкції тощо.

Конденсація розчинених сполук характеризує мінералізацію води і класифікацію вод на групи: прісні < 1 г/кг води (масова частка рослинних сполук); прісні – 1-25 г/кг, солонуваті – 25-50 г/кг; розсоли > 50 г/кг. Прісні, в свою чергу поділяються, на води – слабко мінералізовані < 200 мг/л (ступінь мінералізації); середньо-мінералізовані – 200-500 мг/л; сильно мінералізовані – 500-1000 мг/л.

Природні води можуть використовуватися:

1. Для питних потреб і в харчовій промисловості.

2. Для рекреаційних потреб.

3. Як технологічні для виробничої мети.

4. Для потреб сільського господарства.

Згідно цільовому призначенню (рисунку 5.1) природну воду поділяють: на господарсько-питну, технічну, поливну. Технічна вода поділяється на охолоджуючу, енергетичну і технологічну.

Рис. 5.1. Класифікація природної води згідно її цільового призначення

В промисловості вода використовується для охолодження рідких і газоподібних продуктів в теплообмінних апаратах. Вона не контактує з мінеральним потоком і практично не забруднюється, а лише нагрівається. Енергетична вода споживається для отримання технологічної пари і нагрівання обладнання і приміщень.

Технологічну воду поділяють на середоутворюючу, промиваючу, реакційну. Вона безпосередньо контактує з матеріальним потоком і тому найбільш сильно забруднюється. Середоутворюючу воду використовують для розчинення і утворення пульп при збагаченні поживними речовинами і переробці корисних копалин, гідротранспорті розкривних порід, корисних копалин і відходів збагачення поживними речовинами.

Загальними вимогами до якості води, що використовується, є відсутність негативних органолептичних ознак, нешкідливість для здоров'я людей і відсутність властивостей, що погіршують якість продукції, яка випускається.

Вода для технологічних потреб не повинна викликати корозії і руйнування бетону.

Якісне виснаження водних ресурсів — це їх забруднення і засмічення.

Під забрудненням вод розуміють їх насичення шкідливими речовинами в таких кількостях або сполученнях, в результаті чого погіршується якість вод і водний об'єкт визнається забрудненим у відповідності до прийнятих норм.

Під засміченням вод мають на увазі надходження в водоймище сторонніх нерозчинних у воді предметів, які не змінюють якість води, але можуть впливати на якісний стан русел водоймищ.

Основними джерелами забруднення і засмічення вод є промислові і побутові стічні води, під якими розуміють води, що використовувалися на побутові або виробничі потреби, і які отримали при цьому додаткові домішки, що призвели до зміни їх початкового хімічного складу або фізичних властивостей , а також води, що стікають з територій населених пунктів, промислових підприємств. В залежності від походження води поділяються на три основні категорії: побутові (господарсько-фікальні), виробничі (промислові), атмосферні.

Атмосферні води утворюються в результаті випадання атмосферних опадів, їх поділяють на дощові і талі.

До виробничих стічних вод відносяться води, використані в технологічних процесах і які вже не відповідають вимогам до цих процесів до їх якості. До них відносяться також поверхневі і підземні води, відкачені на поверхню землі при добуванні корисних копалин. Серед них розрізняють в залежності від способу видобутку шахтні і кар'єрні , а також дренажні води, що утворюються при осушенні шахтних і кар'єрних полів.