Нормирование загрязнения поверхностных вод

Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования; при этом показатели качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.

По санитарному признаку устанавливаются микробиологические и паразитологические показатели воды (число микроорганизмов и число бактерий группы кишечных палочек в единице объема).

Токсикологические показатели воды, характеризующие безвредность ее химического состава, определяются содержанием химических веществ, которое не должно превышать установленных нормативов. Наконец, при определении качества воды учитываются органолептические (воспринимаемые органами чувств) свойства: прозрачность, цвет, запах, вкус, жесткость.

Вода поверхностных водных объектов может использоваться для разных целей (типов водопользования). В частности, она (наряду с подземной водой) используется для питьевых и хозяйственных нужд населения. Как известно, источники питьевого водоснабжения делятся на две группы:

а) централизованные; б) нецентрализованные (например, колодцы). Требования к качеству воды, получаемой из них, различаются.

Понятно, что для централизованных источников водоснабжения (каковыми являются, как правило, специализированные управления «Водоканал») требования жестче. Это объясняется тем, что в них вода подвергается специальной водоподготовке, в результате чего доводится до питьевых кондиций. А в колодцах и родниках такой возможности нет, вода из них отличается большим разнообразием своих свойств.

Требования к воде централизованных источников водоснабжения содержат Санитарные правила СанПиН 2.1.4.1074—01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», нецентрализованных — СанПиН 2.1.4.1175—02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников». Оба документа нормируют запах, вкус, цветность, мутность, коли-индекс воды, используемой для питьевых целей.

Кроме этого, в данном документе указывается, что содержание химических веществ не должно превышать значений соответствующих нормативов. Как и для атмосферного воздуха, для воды такими нормативами являются предельно допустимые концентрации (ПДК). Для веществ, которые могут содержаться в воде поверхностных водных объектов, разработаны две группы нормативов ПДК: а) для человека, б) для рыбы.

Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК_1}) — это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.

Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДК_{в р}) — это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых.

ПДК_В р в ряде случаев рассматривается как экологический норматив, что не совсем верно. Фактически ПДК_вр — это та концентрация вредного вещества в воде, при постоянном воздействии которой выполняются следующие условия:

• • не наблюдаются случаи гибели рыб и организмов, служащих для рыб кормом;
• • не происходит постепенное исчезновение тех или иных видов рыб, для жизни которых водоем был ранее пригодным, а также замены ценных в кормовом для рыб отношении организмов на малоценные или не имеющие кормового значения;
• • не происходит порчи товарных качеств обитающей в водоеме рыбы;
• • не происходят изменения, способные в определенные сезоны или в обозримом будущем привести к гибели рыб, замене ценных видов на малоценные или к потере рыбохозяйственной ценности как всего водоема, так и его части.

ПДК_{1} р} обычно более жесткие, чем ПДК_И (табл. 3.6). Подчеркнем, что речь идет, прежде всего, о рыбном хозяйстве как таковом и о защите потребностей человека, хотя определенные принципы охраны водных экосистем, по всей вероятности, также учитывались при установлении этих нормативов.

Впрочем, то, что они установлены для России (в прошлом — для СССР) в целом, свидетельствует в пользу приоритета хозяйственных интересов.

Иначе говоря, при их разработке проигнорированы свойства физико-географических зон (или биогеохимических провинций) такой огромной и разнообразной по своим географическим особенностям страны, как Россия. Биогеохимическими провинциями называют области на поверхности Земли, различающиеся по содержанию (в их почвах, водах и т. п.) химических элементов (или соединений), с которыми связаны определенные биологические реакции со стороны местной флоры и фауны.

Таблица 3.6

Соотношение различных видов ПДК в воде для некоторых веществ

Как и в случае с атмосферным воздухом, для сравнительной оценки загрязнения водной среды используются различные индексы, которые позволяют учесть присутствие в воде нескольких загрязняющих веществ одновременно. Наиболее распространенным является комплексный гидрохимический индекс загрязнения воды (ИЗБ). Его рассчитывают по формуле.

где С, — концентрация вещества (в ряде случаев — значение параметра), мг/л; ПДК; — установленный норматив ПДК г-го загрязняющего вещества для соответствующего типа водного объекта, мг/дм³.

Обычно ИЗВ рассчитывают по шести-семи гидрохимическим показателям, в том числе обязательно по таким показателям, как содержание растворенного кислорода [0₂], водородный показатель pH, биологическое потребление кислорода БПК₅.

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы (табл. 3.7).

Таблица 3.7

Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды

Индексы загрязнения воды сравнивают для водных объектов одной биогеохимической провинции и сходного типа, для одного и того же водотока (по течению, во времени и т. д.).

В гидрохимической практике используется и метод интегральной оценки качества воды по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения.

В этом методе для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДК_вр — /С, и повторяемости случаев превышения Яр, а затем общий оценочный балл В:

где Cj — концентрация в воде /-го ингредиента; ПДК, — предельно допустимая концентрация /-го ингредиента для водоемов рыбохозяйственного назначения; М_Пд_К. — число случаев превышения ПДК по /-му ингредиенту; Nj — общее число измерений /-го ингредиента.

Вещества, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности (КИЗ) рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды.

КИЗ справедлив только при усилении эффекта воздействия при одновременном воздействии нескольких токсичных веществ.

Помимо описанных выше подходов к нормированию качества водных объектов по гидрохимическим показателям существует и другой подход, основанный на применении биоиндикации. При этом подходе анализируются присутствие и численность организмов определенных видов, обитающих в исследуемой среде, в качестве показателей естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. В России для оценки качества воды на основе гидробиологических показателей наибольшее применение нашел так называемый индекс сапробности водных объектов, а также индексы Вудивисса и Майера.

Индекс сапробности водоемов рассчитывают, исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов, представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне):

где S_{ — значение индивидуального индекса сапробности /-го гидробионта, которое задается специальными таблицами; А, — — относительная встречаемость индикаторных организмов (в поле зрения микроскопа); п — число выбранных индикаторных организмов (обычно п > 30).

Значение S_l отражает совокупность физиолого-биохимических свойств гидробионта, обусловливающих его способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ. Таким образом, этот индекс характеризует трофический статус водоема. В соответствии с численным значением 5 нормируется качество воды (табл. 3.8).

Таблица 3.8

Классы качества вод в зависимости от индексов сапробности.

Следует отметить, что сами по себе интегральные показатели еще не характеризуют уровень антропогенной нагрузки. Высокие значения ИЗВ могут быть обусловлены природными особенностями водосбора — например, наличием подзолистых почв и торфяников, которые обуславливают высокое содержание в воде органических веществ (идентифицируемых некоторыми методами исследования как нефтепродукты), высокое природное содержание меди, железа, марганца, низкими значениями концентрации растворенного кислорода. В этом случае даже реки с весьма незначительной антропогенной нагрузкой будут отнесены к категориям «очень грязные» и «очень сильно загрязненные» по индексам загрязнения воды.

С целью ограничения загрязнения поверхностных вод в нашей стране разработан ряд нормативно-технических документов, регламентирующих водопользование. Охрана поверхностных вод от загрязнения на государственном уровне обеспечивается экономическими, юридическими и техническими мероприятиями. Установлены нормативы качества природных вод и нормативы загрязнения вод (ПДС — предельно допустимый сброс). Величину ПДС устанавливают из расчета, чтобы обеспечить нормативное качество воды в контрольном створе водного объекта-приемника сточных вод.

Санитарные правила СанПиН 2.1.5.980—00 «Санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод» подразделяют водопользование для нужд населения на два типа:

• а) использование водного объекта в качестве источника централизованного или децентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для снабжения водой предприятий пищевой промышленности;
• б) использование водного объекта для культурно-бытовых целей, отдыха населения, занятий спортом, а также использование его в пределах населенных пунктов.

Ранее действовавшие «Правила охраны поверхностных вод» (в настоящее время их заменил Водный кодекс РФ) добавили еще один вид водопользования — для рыбохозяйственных целей. В случае, если водный объект предполагается использовать для различных целей (например, коммунально-бытовых, рыбохозяйственных, рекреационных и т. д.), необходимо проводить комплекс мероприятий, но предотвращению их загрязнения, засорения и истощения. При этом в случае одновременного использования водного объекта (или его участков) для нескольких видов водопользования следует исходить из наиболее жестких требований в ряду одноименных нормативов качества природных вод.

Регламентируются все виды хозяйственной деятельности, которые оказывают либо могут оказывать неблагоприятное воздействие на состояние поверхностных вод. Это осуществляется на всех этапах такой деятельности:

• а) при проектировании, размещении, строительстве и вводе в эксплуатацию предприятий, сооружений и иных объектов, влияющих па состояние вод;
• б) при производстве работ на водных объектах;
• в) при государственном учете и планировании использования вод.

При любом размещении нового объекта либо его реконструкции, влияющих на состояние поверхностных вод, необходимо обеспечить рациональное водопользование. Причем в первую очередь должны быть обеспечены питьевые и хозяйственные нужды населения. Непременным условием любого вида водопотребления является строжайший учет забираемых из водного объекта и сбрасываемых в него вод.

При любом виде водопользования необходимо:

• а) принимать меры к максимальному сокращению сброса в водные объекты сточных вод, содержащих загрязняющие вещества;
• б) содержать в исправном состоянии очистные и иные водохозяйственные сооружения;
• в) использовать водные объекты для сброса промышленных, бытовых, коммунальных, дренажных и иных сточных вод только с разрешения территориального водоохранного органа.

При этом сброс загрязняющих веществ со сточными водами разрешается только в случае, если он не приводит к увеличению содержания в водном объекте загрязняющих веществ свыше установленных норм. Требуемая степень очистки сточных вод определяется с учетом их состава и свойств, а также ассимилирующей способности водного объекта, требований водопользователей к качеству воды.

Какие же требования предъявляют нормативные документы к качеству и свойствам природных поверхностных вод?

Нормирование их качества включает в себя:

• а) общие требования к составу и свойствам поверхностных вод (табл. 3.9);
• б) перечень ПДК и ОДУ вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового назначения;
• в) перечень ПДК и ОБУВ вредных веществ в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения.

Таблица 3.9

Общие требования к составу и свойствам поверхностных вод

Поясним табл. 3.9. Согласно принятой в России концепции гигиенического нормирования загрязнения водных объектов, требования к качеству и свойствам воды, указанные в таблице, должны соблюдаться, начиная от контрольного створа до самого пункта водопользования. Остановимся подробнее на этих требованиях:

• а) взвешенные вещества. Водоохранное законодательство вод требует, чтобы привносимые со сточными водами взвешенные вещества не увеличивали их фоновое содержание больше, чем на величину, приведенную в первой строке табл. 3.9;
• б) плавающие примеси. Пленки нефтепродуктов, масла не должны обнаруживаться на поверхности воды;
• в) запах и привкусы. Запах у воды появляется при наличии в ее составе летучих веществ. Различают гнилостный, «фенольный» и другие запахи, интенсивность которых оценивается по пятибалльной шкале. Описание запаха особенно важно при появлении в запахе сточных вод новых оттенков или при резком увеличении его интенсивности, что свидетельствует о наличии в водах нового вещества или залповом сбросе загрязняющих веществ;
• г) окраска вод. Оценивается в сосудах из прозрачного стекла при наблюдении на просвет слоя воды определенной толщины и сравнивают со специальной цветовой шкалой. Наиболее жесткие требования по данному показателю предъявляет рыбохозяйственное водопользование;
• д) водородный показатель. Коммунально-бытовые сточные воды обычно имеют нейтральную реакцию (pH = 6,5—7,5). Кислые или щелочные промышленные стоки перед выпуском в водный объект должны быть нейтрализованы;
• е) БПК (биологическое потребление кислорода). Это интегральный показатель, характеризующий общее содержание в воде органических веществ, служащих кормом для «активного ила». В зависимости от времени экспозиции отобранных и анализируемых проб различают БПК₅ (5 суток) и БГ1К₂₀= БПК_полн (20 суток);
• ж) предельное содержание в воде различных вредных веществ регламентируется перечнем ПДК и ОДУ. Эти перечни регулярно обновляются.

Обращает на себя внимание стр. 5 табл. 3.9, которая нормирует тепловое загрязнение окружающей среды.

Важно отметить, что нормативные документы запрещают сбрасывать в водные объекты сточные воды:

• а) содержащие загрязняющие вещества, для которых до настоящего времени не установлены нормативы ПДК или ОДУ, а также те, для которых еще не разработаны методы аналитического контроля;
• б) которые могут быть устранены путем организации бессточных производств, применением водосберегающих технологий, максимально использованы в системах оборотного водоснабжения;
• в) неочищенные и недостаточно очищенные, в том числе поверхностный сток с территории промышленных площадок и населенных пунктов.

Действующие нормативные документы запрещают сброс сточных вод в пределах населенных пунктов (это может быть разрешено лишь в порядке исключения). В этом случае требования к качеству и свойствам поверхностных вод предъявляются к самим сточным водам.

Важным отличием нормирования загрязнения поверхностных вод от нормирования загрязнения атмосферного воздуха является введение понятия ЛПВ (лимитирующего показателя вредности). Для водных объектов хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового водопользования СанПиН 2.1.5.980—00 выделяют три вида ЛПВ:

• 1) санитарно-токсикологический (характеризует токсическое действие вещества на организм человека и водных животных);
• 2) общесанитарный (характеризует влияние, оказываемое веществом на общесанитарное состояние водного объекта, в частности, на скорость протекания в нем процессов самоочистки);
• 3) органолептический (характеризует способность вещества менять органолептические, т. е. оцениваемые органами чувств человека, свойства воды — запах, привкус, цвет, появление пены);

для водных объектов рыбохозяйственного назначения добавляются еще три вида ЛПВ:

• 4) токсикологический;
• 5) санитарный;
• 6) рыбохозяйственный.

Суть ЛПВ заключается в том, что загрязняющее вещество может оказывать на водные экосистемы и здоровье человека одновременно неблагоприятное воздействие нескольких видов, каждое из которых характеризуется своей безопасной концентрацией. То из воздействий, безопасная концентрация для которого минимальна, и является лимитирующим.

Правила охраны поверхностных вод требуют, чтобы при наличии в воде одновременно нескольких загрязняющих веществ с одинаковым ЛПВ в контрольном створе выполнялось неравенство:

где Cj — концентрация г-го ЗВ в контрольном створе; ПДК, — предельно допустимая концентрация /-го ЗВ для данного типа водопользования, причем суммируются лишь загрязняющие вещества с общим ЛПВ.

Нормирование негативного воздействия на поверхностные водные объекты (в виде ограничения их загрязнения) осуществляется в форме установления нормативов предельно допустимого сброса (ПДС) загрязняющих веществ. В основе методологии установления норматива ПДС лежит тот же принцип, что и при разработке норматива ПДВ — загрязняющие вещества, сброшенные в водный объект со сточными водами, после их размешивания и разбавления в воде не должны создавать в контрольном створе водного объекта концентрации, превышающие ПДК.

Примечание. Контрольным створом называется поперечное сечение водотока или водоема, в котором контролируется качество воды.

Все вышесказанное относится к случаю сброса сточных вод в природные поверхностные водные объекты. Условия же приема сточных вод в канализационные сети поселения (города или поселка) регулируются специальными правилами, разрабатываемыми местным управлением «Водоканал».