Классификация природных вод, как и любая другая классификация, призвана систематизировать имеющиеся знания. Ценность классификации возрастает, если выделенные классы (типы) имеют количественную определенность. Некоторые из приводимых ниже классификаций строго относятся к определенному виду водопользования, другие имеют в своей основе ту или иную характеристику процесса формирования природных вод,

Естественные источники водоснабжения подразделяют на поверхностные (реки, моря, водохранилища и озера) иподземные(грунтовые, артезианские, шахтные и другие воды).

Для водоснабжения населенных пунктов и большинства промышленных предприятий наиболее пригодными являются подземные (особенно артезианские и родниковые) слабоминерализованные воды. Для хозяйственно-питьевого водоснабжения также используют ресурсы подземных вод, которые отвечают санитарно-гигиеническим требованиям.

Все показатели качества разделены на: физические, химические, гидробиологические и биологические.

К физическим показателямкачества воды принадлежат

• температура,

• прозрачность или мутность,

• цветность,

• запах и вкус.

Температура воды. Зависит в первую очередь от происхождения вод. Воды подземных источников, в отличие от поверхностных, отличаются постоянством температуры. В пределах 7-11 градусов. Для поверхностных источников она обусловлена наличием сброса сточных теплых вод и подземным питанием (холодные воды) изменчивостью температуры атмосферного воздуха. Колеблется от 4 до 24 градусов.

Прозрачность и мутность воды. Природные воды, особенно поверхностные, редко бывают прозрачными из-за наличия в них взвешенных веществ, глины, песка, ила, органических остатков.В природных водах прозрачность определяется по опускаемому в воду белому диску, а в лабораторных условиях - посредством чтения специального шрифта через столб воды, налитой в стеклянный цилиндрический сосуд (шрифт Снеллена).

Прозрачность тесным образом связана с мутностью, т.е. с наличием взвешенных минеральных частиц.

Мутность воды в реках в различные времена года изменяется значительно. Возрастает обычно весной в период половодья. Наименьшая мутность наблюдается в период межени. Выражается в мг/дм3. Определяется фотометричксим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными растворами.

Применительно к хозяйственно-питьевому водоснабжению иногда используется такое деление мутности:

• малая— менее 50 мг/дм³,

• средняя — 50—250 мг/дм³,

• повышенная — 250—1000 мг/дм³,

• высокая — более 1000 мг/дм³.

Устраняется мутность путем отстаивания и фильтрования воды.

Цветность воды. Цветность воды устанавливается сравнением с платиново-кобальтовой шкалой; определяется содержанием в воде органических и неорганических веществ. Чистая вода при малом слое бесцветна, при большом слое имеет голубоватый оттенок. Все остальные оттенки цвета указывают на наличие примесей. Так, соли железа окрашивают воду в красноватый (ржавый) цвет, мелкие частицы песка и глины — в желтый. Гумусовые вещества (продукты распада травы, листьев, коры и пр.) придают воде окраску от желтоватой до коричневой. Интенсивность окраски зависит от места взятия проб (характер почвы, глубина , наличие торфяников, наличие вблизи предприятий и т.д.).

По степени окрашенности различают следующие градусы цветности воды: Почти лишенные окраски < 20°

Слабоокрашенные 20—30°

Средне окрашенные 40—50°

Интенсивно окрашенные 60—80°

Темно-окрашенные 100—200°

Исключительно темно-окрашенные >

Высокая цветность воды ухудшает ее органолептические свойства.

Вкус и запах воды. Чистая вода не обладает каким-либо вкусом или привкусом. Придают ей вкус и привкус загрязнения. Схематически выделяют четыре вкуса воды:

• соленый,

• горький,

• сладкий,

• кислый.

Все остальные вкусовые ощущения квалифицируются как привкусы (рыбный, фенольный, нефтяной, хлорный и т. д.):

• соленый вкус воде придают хлориды натрия (NaCl),

• горьковатый — хлориды магния (MgCl2),

• кислый — избыток кислот,

• сладковатый — органические вещества.

Ощутимый вкус или привкус вода приобретает лишь при достижении определенной концентрации примеси — например, солей NaCl, MgC1₂, Na₂SO₄ и NaHCO₃ при концентрации 400— 500 мг/дм³, солей CaSO₄ и NaNO₃ при концентрации 100— 200 мг/дм³, соединений железа — 1—5 мг/дм³. Интенсивность привкуса так же, как и запаха, определяется по шестибалльной шкале.

Запах воды, так же как и вкус, предопределяется составом и концентрацией примесей и газов. Запахи бывают двух видов:

1. природного происхождения;

2. искусственного происхождения.

Причинами запахов природного происхождения является химический состав примесей воды, живые и отмершие организмы, гнилые растительные остатки, специфические органические соединения.

Интенсивность запаха и привкусов определяют по шестибальной шкале:

Шкала интенсивности запаха и привкуса питьевой воды

Природные запахи описывают следующей терминологией:

Шкала оценки запахов

Запахи искусственного происхождения, обусловленные примесями некоторых промышленных сточных вод, называют по веществам, вызвавшим появление запаха: фенольный, хлорфенольный, нефтяной, бензинный, хлорный, камфорный, фекальный, сероводородный, спиртовой, смолистый.

К химическим показателям качества воды относится

• активная реакция (рН),

• окисляемость,

• наличие азотных соединений,

• растворенные газы,

• сухой остаток,

• минерализация,

• жесткость,

• щелочность,

• содержание хлоридов, сульфатов, железа, марганца и других компонентов (специфические загрязняющие вещества, радиоактивные элементы, тяжелые металлы).

Активная реакция вод ы(водородный показатель, рН, определяет степень кислотности или щелочности воды, что в практике водоподготовки имеет большое значение. Вода диисоциирует на ионы Н+ и ОН - . рН позволяет правильно определить форму нахождения в природных водах углекислых и кремнекислых соединений, играет значительную роль при обработке воды, оценке коррозивности воды в системах водоснабжения. Определяется а помощью кислотно-основных индикаторов (лакмусовая бумажка), а более точно - потенциометром. Для большинства природных вод рН колеблется в пределах 6,5-8,5 (табл.)

Классификация вод по величине рН

Большинство поверхностных вод суши имеют нейтральную или слабокислую реакцию (рН = 6,0-8,0). Четко выраженной кислой реакцией обладают болотные воды. В дистрофных озерах, бедных питательными солями, рН — 4-6. Напротив, в эвтрофных озерах, богатых солями и органикой, рН = 7-10.

Окисляемость воды. Среди компонентов естественных вод важную роль играют вещества, способные окисляться. Из-за большого количества определить их индивидуально достаточно тяжело. Поэтому, как правило, выполняют суммарную оценку их содержания путем определения окисляемости. Величина окисляемости выражается расходом окислителя или эквивалентного количества кислорода на окисление органических веществ в 1 л воды. В практике водоочистки для природных малозагрязненных вод определяют перманганатную окисляемость, а в более загрязненных водах – как правило, бихроматную окисляяемость (ХПК) Наименьшей окисляемостью (до 2 мг О/л) характеризуются артезианские воды. Окисляемость речной воды и воды водохранилищ колеблется в пределах 2-8 мг О/л. Повышенная окисляемость воды может свидетельствовать о загрязнении источника промышленными сточными водами.

Азотные соединения. Азотные соединения (ионы аммония, нитритные и нитратные ионы) образуются в воде, главным образом, в результате разложения мочевины и белковых соединений, которые попадают в нее со сточными хозяйственно-бытовыми водами, а также водами содовых, коксохимических, азотно-туковых и других заводов.

Присутствие в поверхностных водах ионов аммониясвязано как с природными процессами, так и с антропогенным влиянием. К природным процессам относится биохимическая деградация белковых веществ, характерная для периода отмирания фитопланктона. Значительное количество аммония может поступать с поверхностным стоком и атмосферными осадками. Высокие концентрации аммония характерны для бытовых стоковых вод и промстоков предприятий пищевой, лесохимической промышленности. Белковые вещества под действием микроорганизмов разлагаются, конечным продуктом при этом является аммиак. Поэтому его наличие вызывает подозрение, относительно загрязнения водного объекта сточными водами.

По наличию и количеству тех или иных соединений, которые содержат азот, можно судить о времени загрязнения воды. Повышенное содержание аммонийного и нитритного азотауказывает на свежее загрязнение воды азотными соединениями, отсутствие аммонийного и нитритного азота, но наличиенитратного- о давности загрязнения.

Сухой остаток. Количество солей, которые содержатся в природных водах, может быть охарактеризовано величиной сухого остатка. Сухой остаток образуется при испарении определенного объема воды и состоитиз минеральных солей и нелетучих органических соединений. Органическая часть сухого остатка воды определяется величиной потерь при прокаливании.

Минерализация. Применительно к любому виду водоснабжения первейшее значение имеет вопрос о минерализации воды и составе главных ионов. Общая минерализация представляет собой суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. К числу наиболее распространенных относятся неорганические соли (в основном бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и небольшое количество органических веществ, растворимых в воде. Термин «минерализация» обычно используется для поверхностных пресных вод, а термин «соленость» — для солоноватых и соленых водоемов. Уровень солесодержания обусловлен геологическими особенностями региона вследствие различной растворимостью минералов. Кроме природных факторов, на общую минерализацию воды большое влияние оказывают промышленные сточные воды, городские ливневые стоки (особенно когда соль используется для борьбы с обледенением дорог).

Характеристика природных вод

Согласно классификации О.А.Алехина поверхностные воды суши по степени минерализации (мг/дм³) делятся на группы:

Очень малая <100

Малая 100—200

Средняя 200—500

Повышенная 500–1000

Высокая >1000

Большинство рек имеют малую и среднюю минерализацию воды.

К числу содержащихся в природной воде главных ионов относятся:

• гидрокарбонаты (НСО₃^-),

• сульфаты (SO₄^2-),

• хлориды {С1^-),

• кальций (Са²⁺), магний (Mg²⁺),

• натрий (Na⁺), калий (К⁺).

По их составу, а точнее, по преобладающему аниону, природные воды подразделяются на три класса

• гидрокарбонатный (к нему относится большая часть слабоминерализованных вод суши),

• хлоридный (характерен для высокоминерализованных вод внутренних морей, бессточных озер и рек полупустынной и пустынной зоны),

• сульфатный (занимают промежуточное положение).

Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется на три группы:

• кальциевую,

• магниевую,

• натриевую,

Жесткость воды предопределяется наличием в ней ионов кальция и магния.

По общей жесткости (ммоль/дм³), т.е. суммарному содержанию катионов кальция и магния (Ca²⁺ + Mg²⁺), независимо от того, с какими анионами они связаны, природные воды различаются следующим образом:

Очень мягкие до 1,5

Мягкие 1,5 – 3,0

Средние 3,0 – 6,0

Жесткие 6,0 – 10,0

Очень жесткие более 10,0

Общая жесткость подразделяется на

• карбонатную или временную жесткость, которая обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния,

• некарбонатную или постоянную жесткость, которая обусловлена присутствием солей сильных кислот (сульфатов или хлоридов) кальция и магния.

Щелочность воды.Под общей щелочностью воды понимают сумму гидратов и солей слабых кислот (угольной, фосфорной, кремниевой, гуминовой и т.п.). В соответствии с этим выделяют щелочность бикарбонатную, карбонатную, гуминовую, гидратную. Определение щелочности полезно для определения воды как пригодной для полива, для расчета содержания карбонатов, для очистки сточных вод.

Хлориды. Из-за большой растворимости хлоридных солей (NaСl - 360 г/л, MgСl – 545г/л) ионы хлора присутствуют почти во всех водах. Большое количество хлоридов в воде может быть обусловлено вымыванием хлоридных соединений из ближайших слоев, а также сбросом в воду промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. В проточных водоемах количество хлоридов небольшое – 20-30 мг/л. Хлориды, присутствующие в воде в большом количестве, при контакте с бетоном разрушают его в результате выщелачивания из извести растворимого хлорида кальция и гидроксида магния. Повышенное содержание хлоридов в воде снижает ее вкусовые качества.

Сульфатычасто встречаются в природных водах. Попадают они в воду, главным образом, при растворении осадочных пород, в состав которых входит гипс, а также в результате загрязнения промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Воды, которые содержат большое количество сульфатов, разрушают бетонные конструкции. Это объясняется образованием гипса в результате реакции между известью цемента и сульфатами воды, что приводит к увеличению объема и возникновению трещин.

Железо и марганец по своему содержанию в воде не превышают десятых долей миллиграмма на литр , всегда встречается в поверхностных и подземных водах. Хотя даже в больших количествах они не являются вредными для здоровья, но своим присутствием делают воду непригодной для питья, промышленных и хозяйственных потребностей, поскольку при концентрациях железа выше 1 мг/л вода приобретает неприятный чернильный или железистый привкус. В результате окисления бикарбоната двухвалентного железа кислородом воздуха образуется гидроксид железа, который увеличивает мутность воды и повышает цветность. Наличие в воде железа и марганца содействует развитию в трубопроводах железистых и марганцевых бактерий, продукты жизнедеятельности которых могут забивать водопроводные трубы.

Марганец забивает канальцы нервных клеток. Снижается проводимость нервного импульса, как следствие повышается утомляемость, сонливость, снижается быстрота реакции, работоспособность, появляются головокружение, депрессивные , подавленные состояния. Особенно опасен для беременных женщин (вызывает токсикозы и идиотию у детей). Его практически невозможно вывести из организма.

Растворенные газы. Из растворенных в воде газов наиболее важными для оценки ее качества является углекислота, кислород, сероводород, азот и метан. Углекислота, кислород и сероводород при определенных условиях придают воде коррозийные свойства по отношению к бетону и металлам.

Токсичные веществапопадают в воду в основном с промышленными сточными водами. К этой группе можно отнести свинец, цинк, медь, мышьяк, анилин, цианиды и много других. Несмотря на незначительную концентрацию их в воде (мкг/л), они могут наносить значительный вред здоровью человека.

Радиоактивные элементы, которые попадают в поверхностные и подземные воды, могут иметь природное и искусственное происхождение. Основными изотопами, которые предопределяют естественную радиоактивность вод, являются уран – 239, торий -232 и продукты их распада. Искусственную радиоактивность, в частности, после аварии на ЧАЭС в 1986 г., обуславливают такие изотопы, как стронций – 91, цезий-137. Допустимым пределом радиоактивности воды открытых водоемов при любых смесях радиоактивных веществ с неидентифицированным изотопным составом считаются 3·10^-11Ки/л.

Тяжелые металлы. Тяжелые металлы (As, Cd, Cr, Co, Pb, Mn, Hq, Ni, Se, Ag, Zn) относятся к группе микроэлементов, учитывая их низкие концентрации в природных водах. В природных водах тяжелые металлы встречаются в виде взвешенных веществ, коллоидов, в форме комплексов, образованных гуминовыми и другими органическими кислотами.

Тяжелые металлы входят в состав ферментов, витаминов, гормонов. Эти соединения активно влияют на изменение интенсивности процессов обмена веществ в живых организмах. Именно из-за этого содержание тяжелых металлов в воде нормируется, ведь увеличение их концентраций может вызвать нарушение биологических процессов в живых организмах и провести к их заболеваниям, часто хроническим, а то и к гибели.

Достигая определенной концентрации в организме, они начинают губительное воздействие – вызывая отравление, мутации, засоряют почечные каналы, каналы печени, снижая фильтрационную способность этих органов. Соответственно это приводит к накоплению токсинов и продуктов жизнедеятельности клеток нашего организма, т.е. самоотравление организма т.к. печень отвечает за переработку ядовитых веществ, а почки – за их выведение наружу.

Свинец принадлежит к малораспространенным элементам. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде, в том числе в поверхностных водах, обусловлено его широким применением в промышленности. Наибольшим источником загрязнения поверхностных вод соединениями свинца являются сжигания угля и применения тетраэтилсвинца в моторном топливе, а также сточные воды.

Цинк.Основным источником поступления цинка в природные воды является минерал сфалерит (ZnS). Почти все соединения цинка хорошо растворимы в воде. Вследствие этого в отличие от меди и свинца цинк распространен в водах. В речных водах его концентрация колеблется от нескольких микрограммов до десятков иногда сотен микрограммов на литр.

Характерная особенность меди,находящейся в природных водах – способность сорбироваться высокодисперсными частицами грунтов и пород. Количество меди в водах лимитируется значениями рН. Медь становится неустойчивой и выпадает в осадок уже при рН = 5,3. Поэтому в водах, которые имеют нейтральную или близкую к нейтральной реакцию, содержание меди небольшое (1-100 мкг/л). Важнейшими источниками поступления меди считаются горные породы, сточные воды химических и металлургических производств, шахтные воды, различные реагенты, которые содержат медь, а также сточные воды и поверхностный сток с сельскохозяйственных угодий.

Никель содержится в природных водах в микрограмовых дозах. Важнейшим источником загрязнения никелем является сточные воды цехов никелирования, обогатительных фабрик. Большие выбросы никеля происходят при сжигании топлива, таким путем ежегодно в атмосферу попадает до70 тыс.т никеля. Подавляющая часть никеля переносится речными водами во взвешенном состоянии.

Благодаря меньшей миграционной способности и низкому содержанию в горных породах кобальтв природных водах оказывается реже, чем никель. Кобальт и его соединения попадают в природные воды при выщелачивании медно-колчеданных руд, экзогенных минералов и пород, из грунтов при разложении организмов и растений и тому подобное. Особенно опасным источником поступления кобальта является сточные воды металлургических, металлообрабатывающих, нефтеперерабатывающих, химических производств.

Стронцийимеет низкие концентрации в природных водах, что объясняется низкой растворимостью его сернокислых соединений, которые считаются основным источником поступления стронция. Источником стронция в природных водах являются горные породы, наибольшее количество его содержат гипсоносные отложения. Другой, не менее важный источник поступления стронция (радиоактивных изотопов) в наше время антропогенный.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВы) – вещества, способные адсорбироваться на поверхностях раздела фаз и снижать, вследствие этого, их поверхностную энергию (поверхностное натяжение). В водные объекты СПАВы попадают с бытовыми и промышленными сточными водами. В поверхностных водах СПАВы находятся в растворенном и сорбированном состояниях, а также в поверхностной пленке воды. СПАВы влияют на физико-биологическое состояние водоема, ухудшая кислородный режим и органолептические свойства – вкус, запах, и т.д. и находятся в нем на протяжении длительного времени, поскольку разлагаются медленно.

Фенолы в природных водах образуются в процессах метаболизма водных организмов, при биохимическом окислении и трансформации органических веществ. Они являются одним из самых распространенных загрязняющих веществ, которые поступают в природные воды со сточными водами нефтеперерабатывающих, лесохимических, коксохимических, лакокрасочных, фармацевтических и других производств.

Нефтепродукты – смеси газообразных, жидких и твердых углеводородов различных классов, которые добываются из нефти и нефтяных сопутствующих газов. Нефтепродукты принадлежат к самым распространенным и опасным веществам, которые загрязняют природные воды.

Значительные количества нефтепродуктов попадают в природные воды при перевозке нефти водным путем, со сточными водами промышленных предприятий, особенно нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, с хозяйственно-бытовыми сточными водами.

Пестициды - это химические препараты, синтезированные соединения, которые используются в сельском хозяйстве для защиты растений от болезней и вредителей с целью сохранения урожая сельскохозяйственных культур. Для большинства из них не существует токсикологического обоснования ПДК.

Значительную опасность для поверхностных и грунтовых вод составляют пестициды, которые вносятся в количествах от 1 до 10 кг/га, хорошо растворяются в воде (> 10-50 мг/л) и очень медленно разлагаются. К таким пестицидам принадлежит группа триазиновых пестицидов (атразин, симазин, тербутилазин), феноксикарбоновые кислоты и их производные (бентазон, бромазил, гексазинон).

Полициклические ароматические углеводороды(ПАУ) содержат две или несколько соединенных между собой ароматических кольцевых системы.

ПАУ синтезируются во время процессов неполного сгорания как сопутствующие продукты и считаются возбудителями раковых заболеваний. Природными источниками ПАУ являются лесные пожары, вулканическая деятельность. Антропогенные источники – моторная техника (особенно с дизельными двигателями), коксовые батареи, системы отопления мазутом, сигареты.

Биологические показатели качества воды. В эту группу входят характеристики содержания в воде

• растворенных органических веществ

• микроорганизмов или бактерий.

В природной воде водоемов всегда присутствуют органические вещества. Природные источники: разрушающиеся останки организмов растительного и животного происхождения. Техногенные источники: транспортные предприятия (нефтепродукты), целлюлозно-бумажные и лесоперерабатывающие комбинаты (лигнины), мясокомбинаты (белковые соединения), сельскохозяйственные и фекальные стоки.

Косвенными показателями концентрации органических веществ в воде обычно служит

• биохимическое потребление кислорода (БПК);

• химическое потребление кислорода (ХПК).

БПК – это то количество кислорода, необходимое микроорганизмам для усвоения органических веществ, находящихся в воде. Этот показатель характеризует только легкоокисляемую часть органических веществ, которая частично минерализуется микроорганизмами, а частично усваивается ими. Усвоение органических веществ происходит во времени, поэтому выделяют биохимическое потребление кислорода за 5 и 20 сут (БПК₅ и БПК₂₀). БПК₂₀ отождествляется с полным БПК (БПК₂₀ ~ БПК_полн).

ХПК – это количество кислорода, необходимое для полного окисления всех органических веществ, присутствующих в воде (при условии образования СО₂, Н₂О, SО₂).

По содержанию органических веществ (мгО/дм³), характеризуемому БПК, природные воды классифицируются следующим образом:

Очень малое <2

Малое 2-5

Среднее 5-10

Повышенное 10-20

Высокое 20-30

Очень высокое >30

Известно несколько тысяч видов бактерий: Все они делятся на два больших класса — сапрофитные (безвредные для человека, иногда даже полезные) и патогенные (болезнетворные). Выделить патогенные бактерии из всей массы микроорганизмов довольно трудно, поэтому при оценке качества воды большей частью ограничиваются

• микробным числом (общая численность бактерий в 1 см³ воды)

• коли-индексом (количество кишечных палочек в 1 дм³ воды)

• коли-титр (объем воды в 1 см³, приходящийся на одну кишечную палочку). Является показателем фекального загрязнения.

Зависимость между ними: коли-индекс = 1000/коли-титр.

Санитарное состояние природных вод хозяйственно-питьевого водоснабжения:

Гидробиологические показатели дают возможность оценить качество воды по животному населению и растительности водоема. Изменение видового состава водных экосистем может происходить при столь слабом загрязнении водных объектов, поэтому их еще можно рассматривать как биоиндикаторы. Все они по классификации Кольквитца-Марссона делятся на катаробов и сапробов.

Катаробы – микрооганизмы населяющие чистые воды. Сапробы - организмы, живущие во всех пресных водах с различной степенью загрязнения в свою очередь делятся на:

Полисапрбные – очень загрязненные воды;

α и β мезасапробные более чистые воды ;

олигосапробные – характерны для чистых вод.

Лабораторно-производственный контроль качества воды

Лабораторно-производственный контроль качества воды в местах водозабора проводят в пределах требований государственных санитарных норм и правил 2010 г. „Гигиенические требования к питьевой воде, предназначенной для потребления человеком». Перечень требований может дополнительно согласовываться с органами санитарно-эпидемиологической службы с учетом местных природных и санитарных условий.