Юрий Лизунов - Гигиена водоснабжения. Учебное пособие

В эту группу включены наиболее важные в гигиеническом отношении вещества и показатели, характеризующие качество воды с эпидемиологической точки зрения. Сюда относятся соединения, содержащие азот, органические вещества, обусловливающие так называемую окисляемость воды, хлориды, фосфаты, растворенный кислород и биохимигеское потребление кислорода (ВПК), водородный показатель (рН).

Азот в воде может находиться в составе как органических, так и неорганических соединений. Органический азот представлен продуктами биодеградации (разложения) белков животного происхождения типа низших пептидов, аминокислот, мочевины и т. п. Кроме того, сюда относится азот, входящий в состав микроорганизмов, низших растений и неразложившихся остатков высших растений. В сумме они представляют так называемый альбуминоидный азот.

Из неорганических соединений азота в природной воде встречаются ионы аммония (NH 4), азотистой (NO 2) и азотной (NO 3) кислот. Они появляются в воде главным образом в результате конечного распада веществ белкового происхождения, т. е. аминокислот, мочевины и т. п. Причем вначале образуется аммиак:

RCHNH 2COOH + Н 2O → RCHOHCOOH + NH 3

Под действием ферментов нитрифицирующих бактерий (Nitrosomonas) в присутствии достаточного количества кислорода аммиак окисляется до азотистой кислоты:

NH 3+ O 2→ HNO 2+ H 2↑

Ферменты микробного семейства Nitrobacter окисляют азотистую кислоту до азотной:

2HNO 2+ O 2→ 2HNO 3

Аммиак (ион аммония) является более доступным для определения и довольно хорошим индикатором недавнего загрязнения воды органическими веществами белковой природы. Основные источники его поступления в водные объекты – животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий при использовании удобрений, а также сточные воды пищевой, коксохимической, лесохимической промышленности. Однако в некоторых случаях заведомо чистая вода может содержать ион аммония в весьма значительных количествах. Это относится к водам глубокого грунтового происхождения и к воде, содержащей гумусовые вещества. В первом случае аммиак образуется за счет восстановления нитритов и нитратов сернистыми соединениями. Так, по результатам исследования воды примерно шестидесяти артезианских скважин Москвы, содержание аммиака в них колебалось от 0,01 до 0,75 мг/дм 3. Появление аммиака в поверхностных водах, содержащих большое количество гумусовых веществ, обусловлено тем, что они являются довольно сильными восстановителями, способными переводить нитраты в аммиак. В доброкачественной воде других источников аммиак, как правило, отсутствует или содержится в ничтожно малых количествах (не более 0,2 мг/дм 3), поэтому в каждом случае следует разобраться в причинах и источнике его происхождения.

Нитриты (ионы азотистой кислоты) имеют более важное значение, чем ион аммония, для определения загрязненности воды органическими отбросами животного происхождения. «Присутствие в воде для питья даже одной азотистой кислоты уже в высокой мере делает исследуемую воду подозрительной с точки зрения ее загрязненности и требует очень внимательного обследования источника», – подчеркивал профессор Г. В. Хлопин (1913). Свои выводы он подтвердил данными исследования загрязненной воды многих водоисточников, где, как правило, обнаруживалась азотистая кислота. Наиболее вероятным условием обнаружения нитрит-иона в воде является наличие интенсивного распада относительно нестойких (животного происхождения) органических веществ белковой природы, сопровождающегося выраженным процессом нитрификации. Этим, по-видимому, и следует объяснить большое санитарно-показательное значение нитритов.

Присутствие в природных водах нитратов (ионов азотной кислоты) связано с дальнейшей нитрификацией аммонийных ионов (см. выше), поступлением промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод, стоком с сельскохозяйственных угодий, на которых применяются азотные удобрения. Нитрат-ион как показатель загрязнения воды имеет меньшее значение. Обнаружение его при отсутствии аммиака и нитритов указывает на загрязнение воды в прошлом, а в грунтовых водах – на загрязнение почвы, через которую они проходили. Контроль содержания нитратов, особенно в грунтовых водах, в настоящее время обусловлен, главным образом, их возможным токсическим действием. Исходя из этого, данный ингредиент воды рассматривается в группе веществ, оказывающих токсическое действие на организм человека.

Органические вещества, содержащиеся в природных водах, подразделяются на аутохтонные, образующиеся в водоемах за счет жизнедеятельности водных организмов и растений и их распада, и гетерохтонные, поступающие извне с атмосферными осадками, хозяйственно-бытовыми и техническими сточными водами. Химический состав их весьма сложен и разнообразен. Что касается агрегатного состояния, то они могут находиться в виде истинных растворов, коллоидных взвесей и в виде суспензий.

Разнообразие форм существования органических веществ в воде чрезвычайно затрудняет их раздельное определение. Поэтому в настоящее время об их суммарном содержании судят по разнице массы сухого остатка до и после прокаливания или, чаще всего, по количеству миллиграммов кислорода, затраченного на окисление органических веществ в 1 дм 3воды. Эту величину назвали окисляемостью воды. Существует несколько видов окисляемости в зависимости от применяемого окислителя: перманганатная, бихроматная, йодатная. Чем сильнее окислитель, тем более полным будет результат. Так, при окислении бихроматом калия окисляется до 90–95 % имеющихся органических соединений, а при использовании для этих целей марганцевокислого калия – только 40–45 %. Поэтому бихроматную окисляемость отличают от перманганатной и называют химическим потреблением кислорода (ХПК). Для бытовых сточных вод можно ориентировочно принять, что 1 мг загрязняющего органического вещества соответствует 1,2 мг/дм 3ХПК. Перманганатная окисляемость, как менее сильная, «отвечает» лишь за 25 % органики по сравнению с данными ХПК (по требуемому расходу кислорода).

Количество органических веществ в природных водах может быть самое различное. Подземные воды обычно содержат их мало (десятые и сотые доли миллиграмма на 1 дм 3), воды открытых водоемов – больше. В гигиенической практике для оценки качества воды хозяйственно-питьевого назначения преимущественно используется перманганатная окисляемость, тогда как бихроматная окисляемость (ХПК) применяется для контроля состава и степени очистки сточных вод. Перманганатная окисляемость грунтовых вод достигает 2–3 мг/дм 3, воды поверхностных источников – 6–8 мг/дм 3кислорода.