Брудна і не дуже: як самостійно контролювати якість води

Державне агентство з питань електронного урядування України оголосило про “круту” новину: відкрито дані про якість води – вперше в історії України. Тепер громадяни зможуть дізнатися, якою є якість поверхневих вод поблизу їхнього дому, роботи й місць відпочинку.

А громадські активісти зможуть зрозуміти вплив промислових відходів на довкілля та контролювати дотримання законодавства в екологічній сфері.

Сам моніторинг доступний за посиланням. І якщо ви на нього зайдете, то зрозумієте, що мало що розумієте. Якщо ви не фахівець. Тому ми звернулися по роз’яснення до спеціаліста. Експертка громадської організації “Еколтава”, професійний еколог, спеціалістка “Центру практичної екології” (м. Полтава) Надія Гроза розповіла про основні показники, для чого вони, що і де дивитись, щоб зрозуміти – яка ж у нас вода.

Як вимірюють стан води

Найпоширеніший підхід до оцінки якості води – зіставлення результатів хімічного складу з відповідними нормативними показниками (норми гранично допустимої концентрації для поверхневих водних об’єктів.

Стан забруднення поверхневих вод встановлюють за санітарно-токсикологічним, загальносанітарним, органолептичним та бактеріологічним показниками.

За даними матеріалів моніторингу для якості відібраних проб з поверхневих вод обрано 16 показників. Зазначені лабораторії атестовані на більшу кількість показників аналізу проб з поверхневих водних об’єктів, але обрані показники є базовими, і навіть за ними можна зробити висновок про якість води.

Санітарні показники оцінюються за такими показниками: хімічне споживання кисню (ХСК) та біологічне споживання кисню (БСК), ці обидва показники характеризують ступінь забруднення води.

Далі – що означає кожен показник та про що він може свідчити.

Показники

Хімічне споживання кисню (ХСК): кількість кисню, необхідна для хімічного окиснення неорганічних і органічних речовин. Різке зростання ХСК води свідчить про забруднення водойми і вимагає застосування відповідних заходів для її очистки. Величина ХСК є важливою гігієнічною характеристикою води, яка дозволяє судити про забрудненість води окисленими речовинами, але не дає інформації про склад забруднення.

Біохімічне споживання кисню (БСК): кількість кисню, що витрачається за певний час на аеробне біохімічне окиснення нестійких органічних сполук. Чим більше у воді міститься органічних речовин, тим більше потрібно кисню для їх окислення, тим вищий показник БСК. Високий показник БСК свідчить про забруднення водойми.

Перманганатна окислюваність: характеризує вміст легкоокислюваних органічних сполук у водоймі. По суті, цей показник є комплексним і не дає уявлення про хімічний склад забруднювачів, але при цьому дуже корисний для загального уявлення про насиченість води органічними сполуками.

За наявністю тих чи інших азотовмісних сполук (амоній-іони, нітрит-іони, нітрат-іони) судять про час забруднення води. Саме вони визначають рівень біопродуктивності водних об’єктів, чим зумовлюють якість води.

Іони амонію – сполуки- індикатори, які свідчать про свіже забруднення води. Іон амонію з’являється у воді внаслідок розчинення у ній аміаку – продукту розкладу органічних нітрогеномістких речовин. Ця нестійка сполука швидко окислюється до нітритів і нітратів. Слід зауважити, що вміст аміаку у природних водах завжди наявний у незначних концентраціях як обов`язковий компонент. Високий вміст амонійного азоту у водоймах призводить до отруєння гідробіонтів, оскільки вільний аміак є для них сильною отрутою. Отруєння відбувається через неспроможність риби звільнитись від надлишку амонію, який накопичується під час обміну азоту. Аміак володіє сильною токсичною дією на організм людини.

Відомо, що серед великої кількості гідрохімічних показників, достатньою інформативністю щодо забруднення природних вод володіють нітрит-іони.

Зазвичай, концентрація нітритів у природних водах дуже незначна. Підвищений вміст цих іонів свідчить про інтенсивний розклад органічних речовин, які надійшли зі стічними водами. Нітрити – сполуки неконсервативні, швидко окислюються розчиненим у воді киснем до нітратів, їх концентрація вирівнюється та досягає природного фону.

Найменш стійкою сполукою є нітритний азот. Це – проміжний продукт біохімічного окиснення аміаку або відновлення нітратів. Присутність у воді нітритів у великий кількості свідчить про фекальне забруднення води, потенціальну токсичність її й канцерогенність, оскільки нітрити легко трансформуються в нітрозоаміни – канцерогенні сполуки.

Нітрати – це добре розчинені у воді солі азотної кислоти. Високий їх вміст у воді свідчить про забруднення поверхневих вод (стічні води з території тваринницьких ферм, вигульних майданчиків для тварин, змивання дощовою водою азотних добрив з сільськогосподарських полів тощо).

Фосфор – найважливіший біогенний елемент, частіше усього лімітує розвиток продуктивності водойм. Тому надходження надлишку сполук фосфору призводить до різкого неконтрольованого приросту рослинної біомаси водного об’єкту (це особливо характерно для стоячих і малопроточних водойм). Відбувається зміна трофічного статусу водойми, що супроводжується перебудовою усього водного співтовариства і головне – до переважання гнильних процесів (і, відповідно, зростання каламутності, солоності, концентрації бактерій).

Вміст сполук фосфору піддається сезонним коливанням, оскільки він залежить від співвідношення інтенсивності процесів фотосинтезу і біохімічного окислювання органічних речовин. Мінімальні концентрації фосфатів у поверхневих водах спостерігаються звичайно навесні і влітку, максимальні – восени і взимку.

Основна екологічна небезпека фосфатів для поверхневих джерел – це евтрофікація (посилене живлення) водойм. Відбувається бурхливе цвітіння води, масове розростання планктону та інших мікроорганізмів.

Антразин, симазин – гербіциди.

Завислі (тверді) речовини – присутні в природних водах, складаються із частинок глини, піску, мулу, суспендованих органічних і неорганічних речовин, різних мікроорганізмів. Завислі речовини впливають на прозорість води і на проникнення в неї світла, на температуру, склад розчинних компонентів поверхневих вод, адсорбцію токсичних речовин, а також на склад і розподіл відкладень і на швидкість осадоутворення.

Сульфати: значні коливання вмісту сульфатів у воді дають під­стави припустити забруднення води органічними речовинами, наприклад, відходами тваринного походження.

Хлориди: наявність високого вмісту хлоридів свідчить про забруднення води господарсько-побутовими і промисловими стічними водами.

Розчинений у воді кисень: використовується гідробіонтами для дихання та окиснення органічних речовин. Низька концентрація розчиненого кисню негативно впливає на біохімічні та екологічні процеси у водному об’єкті. Концентрація кисню у поверхневих шарах вища, ніж у глибинних за рахунок посиленої поверхневої аерації та інтенсивного проходження процесів фотосинтезу.

Синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР): неорганічні та органічні речовини, що здатні утворювати піну на поверхні води. До цих речовин відносять миючі, зволожуючі, емульгуючі, дезінфікуючі та інші препарати. СПАР надходять у поверхневі води зі скидами побутовими стічних вод, скидами стічних вод нафтової та текстильної промисловості. Наявність СПАР у воді призводить до інтенсивного розвитку мікрофлори.

Фітопланктон: найбільш точно визначає сукупність організмів у водоймищі. Масовий розвиток водоростей призводить до погіршення якості води, її “цвітіння”.

Для порівняння усіх цих показників (значення яких є у моніторингу) наводимо норми для питної води за Держаними санітарними правилами і нормами 2.2.4-171: ХСК – не більше 0,3 мгО/л, перманганатна окислюваність – до 5, амоній – до 1,2 мг/л, нітрати – до 50 мг/л, нітрити – до 0,1, сульфати – до 250, фосфати – до 3,5 мг/л, хлориди – до 250.

Чому моніторинг важливий

З матеріалу моніторингу можна робити висновок не тільки про те, чи є вода забрудненою, але і бачити, як змінюється кожний показник за розглянуті періоди, відзначила Надія Гроза.

Плюсом є також зазначення географічних координат відібраних проб, завдяки яким, можна легко знайти точку відбору не тільки в онлайн-картах, але і на місцевості.

Але є й рекомендація – бажано було б вказати нормативні значення зазначених показників, бо людині, яка ніколи не працювала з нормативними документами в цій сфері, цифри мало про що говорять. А якби була зазначена норма, то це було б більш інформативно.

ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ЯКОСТІ ВОДИ

Є два підходи до вимірювання якості води. Перший дозволяє визначити параметри якості води in situ, в польових умовах, де вода знаходиться в рівновазі з навколишнім середовищем. Другий підхід грунтується на збиранні проб води у водоймах й вимірюванні якості води в лабораторних умовах з використанням аналітичних інструментів.

Вимірювання in situ параметрів якості води

Вимірювання розчиненого кисню

Природні води, які знаходяться у рівновазі з атмосферою, містять розчинений кисень (РК) у діапазоні концентрацій від 14,5 до 5 мг О2 на 1 літр залежно від температури, солоності та широти місцевості. Розчинений кисень потрапляє у воду з атмосфери завдяки процесам дифузії, аерації та як продукт фотосинтетичної активності рослинного покриву.

Аналіз розчиненого кисню дуже важливий, оскільки дає інформацію щодо біологічних та біохімічних процесів, що відбуваються у водоймах. Якщо кількість розчиненого кисню у водоймах падає нижче нормального рівня, відбувається евтрофікація, яка супроводжується збільшенням швидкості надходження органічної речовини та погіршенням якості води, що впливає на виживання гідробіонтів.

Вимірювання розчиненого кисню здійснюється завдяки застосуванню електрометричної техніки, яка базується на гальванічних або вольтамперних мембранних сенсорах. Типовий пристрій (електрод Кларка) наведено на рис. 20.1.

Він складається з платинового катода у формі диска, на якому підтримується потенціал -0,6 В відносно кільцеподібного срібного анода та тонкої (близько 20 мкм товщиною) мембрани, виконаної з поліетилену або тефлону. Електроди занурені у буферний розчин електроліту КСІ, причому проміжок між електродами та мембраною, заповнений цим розчином, має товщину близько 10 мкм.

Коли пристрій занурюють у воду, якість якої аналізується, молекулярний кисень дифундує через мембрану та плівку електроліту та під впливом прикладеної напруги бере участь у таких електрохімічних реакціях: а) на катоді:

б) на аноді:

Рис. 20.1. Електрод Клерка

Завдяки електроліту КСІ складається замкнутий електричний ланцюг, по якому протікає електричний струм, якщо подати на електроди напругу. Цей результуючий струм прямо пропорційний концентрації молекулярного кисню у розчині.

Вимірювання окисно-відновного потенціалу

Окисно-відновні реакції у природі – це реакції, пов’язані з передачею або приєднанням електронів. При цьому електричні потенціали обох речовин змінюються; речовина, що віддає електрони, набуває позитивний заряд, тоді як та, що приєднує електрони, отримує негативний заряд. Різниця електричних зарядів потенціалів між цими двома речовинами отримала назву окисно- відновного потенціалу (ОВП).

Окисно-відновний потенціал – міра окиснювальної або відновлювальної здатності середовища, яка залежить від зміни в розчині концентрацій іонів Н+ та ОРТ.

Потенціали окисно-відновних реакцій визначаються за припущенням, що електрони, які беруть участь у процесах 2Н+ + 2е– ↔ Н2(g), мають потенціал, рівний нулю. Значення всіх інших окисно-відновних потенціалів оцінюються порівняно з цим рівнем.

Вода є складною сумішшю, що містить атоми водню, кисню та інших хімічних елементів, які присутні у воді як домішки. Протікання у воді різноманітних окисно-відновних реакцій пояснює, чому значення окисно-відновного потенціалу води варіює в межах від –400 до +700 мВ. Значення ОВП характеризують хімічний склад води.

Прилади для вимірювання окисно-відновних потенціалів називаються ОВП-метрами. Сучасні ОВП-метри містять два електроди: один із них реагує на зміну концентрації речовини, що визначається. Цей електрод називається індикаторним або робочим. Щоб він не реагував із компонентами речовини, його виготовляють з благородних металів (Au, Pt, Hg) або інертних матеріалів (наприклад, з графіту). Так, золото має високий потенціал відновлення (~ +1600 мВ), а платина має теж високий потенціал відновлення (~ +1200 мВ), високу електропровідність, твердість та характеризується високою інертністю до іонів хлору, які можуть утворювати стабільні комплекси з золотом та сріблом.

Другий електрод називають електродом порівняння; його використовують як точку відліку для параметра, що вимірюється індикаторним електродом. Зазвичай використовують хлоридсрібні (AgCl) або каломельні (Hg2Cl2) електроди.

Процес вимірювання ОВП полягає в тому, що в розчин, який аналізують, занурюють індикаторний електрод і вимірюють його потенціал відносно електрода порівняння.

Рівноважний потенціал зв’язаний з концентрацією рівнянням Нернста:

де E – стандартний електродний потенціал, В; R – молярна газова стала (8,31441 Дж•К-1•моль-1); Т – абсолютна температура, К; F – стала Фарадея (96487 Клмоль’1), п – кількість електронів, які беруть участь у реакції; С(Ох) і C(Red) – концентрації окислювача і відновника відповідно, моль/л.

Якою є якість питної води в Україні — роз’яснення експерта

За результатами дослідження, яке ініціював Світовий фінансовий банк, Україна за кількістю питної води на душу населення посідає 125 місце серед 180 країн. Директор Асоціації “Укрводоканалекологія” Олександр Шкінь в ефірі Українського радіо прокоментував, якою наразі є ситуація з питною водою в Україні.

” В Україні є певні проблеми з наявністю води для приготування централізованого водопостачання питної води. Минулого року було навіть два засідання РНБО з цього приводу. Україні поки що не загрожує відсутність води, але задуматись про це треба, оскільки зміна клімату і падіння рівня води у річках погіршує якість вихідної води, яка необхідна для водопідготовки “, — зазначив Олександр Шкінь.

Шкінь прокоментував, від чого залежить кінцева якість води.

” Якість води залежить насамперед від джерела. Є Європейська директива про питну воду, призначену для споживання людиною, де прописано, якою має бути вода у джерелах, якість водопідготовки, транспортування та про реагенти, з якими контактує вода протягом свого руху від джерела до людини. Відповідно до директиви розроблені санітарні норми та правила. Ця директива була оновлена в кінці минулого року, і наша асоціація замовила в Інституті громадського здоров’я нові санітарні норми, враховуючи всі зміни, які відбулися в нормативному документі “, — сказав він.

Експерт зауважив, чи можна пити воду з-під крану і чи потрібно її додатково фільтрувати.

” На сьогодні основним завданням водопідготовки є подати безпечну воду, яку можна вживати і яка не сприятиме появі якихось хвороб чи негативних наслідків. Але воду, як мінімум, змушені хлорувати. І від того, яким чином вона хлорується, теж залежить її присмак, а також окислення органічних речовин тощо. У Києві зараз застосовують діоксид хлору — найсучасніший вид знезараження, який є оптимальним. Звичайно, індикаторні показники, як-то присмак, мутність, дискольоровість, впливають на якість води, але не на здоров’я. Тому воду з-під крану можна вживати. Крім того, бутильована вода не є найкращим виходом, оскільки зберігається у пляшках по півроку. Вода має бути живою, тому що там є багато мікроорганізмів, які позитивно впливають на здоров’я людини “, — пояснив Шкінь.