Марина Краснова - Полный справочник санитарного врача

Дело в том, что любая среда биосферы имеет свои защитные силы и обладает способностью к самоочищению. Самоочищение происходит за счет разбавления, оседания частиц на дно и формирования отложений, разложение белка до аммиака и его солей – за счет действия микробов. Если водоем справляется, то все органические вещества превращаются в аммиак и его соли на 7–12-е сутки, а далее количество аммиака и его солей начинает падать, так как наступает вторая фаза, в ходе которой и соли аммиака превращаются в нитриты, что происходит на 25–27-е сутки. А дальше концентрация нитритов начинает падать, потому что все нитриты превратятся в нитраты на 32–35-е сутки, т. е. весь процесс самоочищения заканчивается примерно за месяц. Аммиак, нитриты и нитраты называют триадой азота. Используя ее, можно с очень высокой точностью определить давность загрязнения водоема. Например, определение в триаде только аммиака говорит о том, что загрязнение произошло 7–12 суток назад (свежее). При обнаружении всей триады азота надо думать о постоянном загрязнении водоема. В чистой воде наличие триады азота может быть обусловлено разложением органических веществ растительного происхождения. Для всей триады азота ГОСТом 28-74-82 «Вода питьевая» нормируются только нитраты, поскольку при длительном употреблении воды, содержащей повышенное количество нитратов, может быть водная нитритно-нитратная метгемоглобинемия. Лимитирующий признак нормирования нитратов – токсикологический. По ГОСТу содержание нитратов не должно превышать 10 мг/л в пересчете на чистый азот или 45 мг/л в пересчете на соль. Для аммиака и его солей существуют ориентировочные нормы 0,1–0,2 мг/л, для нитритов 0,001–0,002 мг/л.

Воды бывают напорными и безнапорными. С гигиенической точки зрения самые чистые – артезианские воды (они защищены слоями пород от загрязнения). Особенностями подземных вод являются: большая минерализованность, чистота, практическое отсутствие органических веществ, сбалансированность по органолептическим свойствам. Для водоснабжения лучше использовать подземные воды.

Миграция вещества в подземных водах сопровождается химическими, биохимическими и физико-химическими процессами, направленными на приведение в равновесное состояние системы «вода – порода». В случае попадания в подземные воды загрязняющих веществ совокупность перечисленных выше процессов обобщается понятием «самоочищение».

Самоочищение подземных вод от неорганических веществ происходит, как правило, вследствие осаждения компонентов раствора на геохимических барьерах. Понятие о геохимических барьерах было сформулировано А. И. Перельманом. Геохимический барьер – это зона, в которой на коротком расстоянии происходит резкая смена гидрогеохимических условий миграции химических элементов, что вызывает осаждение этих элементов в твердую фазу. Геохимические барьеры возникают не только на границе разных фаз, но и в однородной среде (например, при изменении pH условий подземных вод или концентраций отдельных компонентов раствора). Основными геохимическими барьерами, приводящими к самоочищению пресных подземных вод, являются окислительный (кислородный), восстановительный, щелочной (гидролитический и карбонатный), сульфидный, кислый, сорбционный гидроксидный и сорбционный глинистый.

Окислительный барьер заключается в окислении более растворимых восстановленных соединений в менее растворимые окисленные. В результате таких процессов даже на участках загрязнения данными элементами подземные воды могут сохранять свой первоначальный состав.

Восстановительный барьер характеризуется преобразованием более растворимых окисленных форм элементов с переменной валентностью в менее растворимые – восстановленные.

Щелочной гидролитический барьер возникает при увеличении pH среды. При этом многие элементы, мигрирующие в виде комплексов (Be 2+, Hg 2+, Cr 3+, Fe 3+, Mn 3+, Cu 2+), переходят полностью или частично в твердую фазу в виде гидроксидов (BeF ++2OH - = Be(OH) 2+ F -).

Действие щелочного карбонатного барьера основано на образовании труднорастворимых карбонатов катионогенных элементов и элементов-комплексообразователей (Fe, Mn, Со, Zn, Pb и др.).

Сульфидный барьер основан на образовании труднорастворимых сульфидов многих элементов-комплексообразователей и анионогенных элементов (Cd, Си, Hg, Ni, Pb, Zn, Mo, As, Sb). Условия действия этого барьера создаются в зонах сульфат-редукции, а также при подтоке сульфидных вод.

Сорбционный гидроксидный барьер основан на том, что свежеосажденные гидроксиды поливалентных элементов являются эффективными сорбентами.

Сорбционный глинистый барьер обусловлен наличием отрицательного заряда на поверхности глинистых минералов.

Как правило, в природных условиях всегда имеет место не один, а несколько геохимических барьеров. С позиции самоочищения подземных вод наиболее эффективными являются окислительные барьеры (для элементов с переменной валентностью) и сорбционные (для большинства элементов, содержащихся в воде в микроколичествах). Для органических веществ характерны также процессы саморазложения. В этом случае вещество продолжает мигрировать, но уже в виде продуктов химических и биохимических реакций. Важной характеристикой процессов самоочищения является скорость их протекания. Скорость химических реакций уменьшается при понижении температуры. Для приближенной оценки влияния температуры на скорость химической реакции можно пользоваться правилом Вант-Гоффа, из которого следует, что при понижении температуры на 100 °C скорость реакции уменьшается в 2–4 раза. Для биохимических реакций характерна зависимость их скорости как от температуры, так и от содержания кислорода. Для каждого вида микроорганизмов характерен свой температурный диапазон жизнедеятельности. При несоответствии температурных условий подземных вод этому диапазону жизнедеятельность микроорганизмов замедляется в десятки и сотни раз. Возможность загрязнения подземных вод с поверхности земли в значительной степени определяется защищенностью водоносных горизонтов.

Под защищенностью водоносного горизонта от загрязнения понимается его перекрытость отложениями, препятствующими проникновению загрязняющих веществ с поверхности земли или из вышележащего водоносного горизонта. Защищенность зависит от многих факторов, которые можно разбить на две группы – природные и техногенные. К основным природным факторам относятся следующие: глубина до уровня подземных вод, наличие в разрезе и мощность слабопроницаемых пород, сорбционные свойства пород, соотношение уровней исследуемого и вышележащего водоносных горизонтов. К техногенным факторам прежде всего следует отнести условия нахождения загрязняющих веществ на поверхности земли и, соответственно, характер их проникновения в подземные воды, химический состав загрязняющих веществ и, как следствие, их миграционную способность, сорбируемость, химическую стойкость, время распада, характер взаимодействия с породами и подземными водами. Защищенность подземных вод можно охарактеризовать качественно и количественно. В первом случае в основном рассматриваются только природные факторы, во втором – природные и техногенные. Детальная оценка защищенности подземных вод с учетом особенности влагопереноса в зоне аэрации и характера взаимодействия загрязнения с породами и подземными водами требует, как правило, создания гидрогеохимической модели процессов проникновения загрязнения в водоносный горизонт. Качественная оценка может быть проведена в виде определения суммы условных баллов или на основании оценки времени, за которое фильтрующиеся с поверхности воды достигнут водоносного горизонта (особенности влагопереноса в зоне аэрации и процессы взаимодействия загрязнения с породами и подземными водами при этом не учитываются). Балльная оценка защищенности грунтовых вод детально разработана В. М. Гольдбергом. Сумма баллов, зависящая от условий залегания грунтовых вод, мощностей слабопроницаемых отложений и их литологического состава, определяет степень защищенности грунтовых вод.