Основные физические свойства воды.
Вода состоит из 11,11% Н2 и 88,89% О2 ( по весу). В молекуле воды атомы водорода и кислорода расположены по углам равнобедренного треугольника. Угол при вершине равен 105о. Молекула воды характеризуется значительной полярностью, т .к в ней оба атома водорода располагаются не на прямой, а по одну сторону от атома кислорода, что приводит к неравномерному распределению Эл. Зарядов. Сторона молекулы с атомом кислорода имеет избыток отрицательного заряда, а противоположная сторона избыток положительного заряда.
Вода — продукт соединения двух химических элементов: водорода и кислорода. Оба эти элемента имеют несколько изотопов. Для водорода характерны три изотопа:
протий — Н— массой 1,007822 углеродных единиц (у.е.);
дейтерий — D — 2,0141 у.е.;
тритий — Т— 3,017001 у.е., образуется при ядерном распаде.
Для кислорода характерны изотопы с массовыми числами 16,
17 и 18. Соотношение их в природной смеси: 2670 : 1 : 5. Вода состава ОНО является тяжелой, ТНО — сверхтяжелой. Тяжелую воду получают путем электролиза природной воды.
По свойствам тяжелая вода отличается от обычной: замерзает при температуре —3,8 °С, кипит при температуре 101,4 оС, ее плотность — 1,1059 г/см3 при 20 °С, максимальная плотность — +11 °С. Растворимость солей в ней ниже, чем в обычной. Тяжелая вода оказывает тормозящее действие на кинетику процессов в животных и растительных организмах, применяется в атомных реакторах как замедлитель нейтронов при ядерном распаде.
Вода — это смесь девяти видов молекул, поэтому в зависимости от их количественного соотношения все ее свойства, особенно плотность, изменяются.
Вода: снеговая, дождевая, речная, океанская, из живого организма, из растительных организмов, кристаллизационная вода минералов.
Простейшую формулу имеет воды имеет молекула парообразной воды.
Молекула воды в жидком состоянии представляет собой объединение 2 простых молекул (Н2О)2, молекула льда- объединение 3 простых молекул.
Н2О- гидроль, (Н2О)2- дигидроль, (Н2О)3- тригидроль. Образование дигидроля и тригидроля происходит за счет полярности.
В жидком состоянии вода представляет собой смесь гидроля, дигидроля, тригидроля, соотношения м/у ними меняется с изменением температуры.
Существует и вторая модель воды. Структура расположения кристаллов в молекуле воды при температуре меньше 4 оС (включая и фазу льда) сходна со строением кристалла тридимита, а при более высоких температурах со строением кварца. При понижении температуры кварцевая структура воды постепенно замещается тридимитовой-, что приводит к анамалии воды—уменьшению плотности при замерзании.
Плотность.
P = m/V г/см3
За единицу плотности принята плотность дистиллированной воды при 4 оС.
Плотность воды зависит от ее температуры, минерализации, давления, количества взвешенных веществ и растворенных газов. С повышением температуры плотность всех жидкостей, уменьшается. Наибольшая плотность воды наблюдается при 4С . При переходе воды из одного агрегатного состояния в другой плотность также меняется, Так плотность воды при Оо – 0,99987, льда - при той же температуре 0,9167. Изменение плотности воды оказывает существенное влияние на режим водоемов, вызывая конвекционные токи и течения.
Плотность снега выражается в виде отношения веса снега к весу воды, взятых в равных объемах или отношение веса снега в граммах к его объему в см3. Слой воды содержащийся в снеге, выражается как произведение высоты снега на плотность снега. С плотностью снега непосредственно связаны пористость, теплопроводность, водоудерживающая способность. Наименьшей плотность обладает свежий снег, выпавший при низкой температуре.
Вода как фактор здоровья
Основными источниками загрязнения гидросферы: пром.сточные воды, хозяйственно-бытовые, дренажные воды с орашаемых земель, организованные и некорганизованные стоки с торритории населенных пунктов и пром.площадок, водный транспорт и др.
По данным ООН, в мире выпускается до 1 млн. наименований в год ранее не существующей продукции. В том числеи до 100 тыс. химических соединений, из которых более 15 тыс. являются потенциальными токсикантами. По экспетртным оценкам, до 80% всех химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно поступает в водоисточники. Подсчитано, что ежегодно в мире выбрасывается более 420 км3 сточных вод, которые в состояниисделать непригодной к употреблению около 7 тыс км3 чистой воды, что в 1,5 раза больше всего речного стока бывшего СССР.
Многие реки, используемые как источники питьевой воды, содержат, не менее 10% очищенных сточных вод. Во всем мире уже примерно 100 млн. человек потребляют питьевую воду с большим содержанием очищенных сточных вод. Если в отношении поверхностных вод усилия в борьбе с загрязнением имеют некоторый успех, то очистка от загрязнения грунтовых вод представляет более трудную задачу. Грунтовые воды дают около 50% питьевой воды в городах и до 90% в сельской местности. При просачивании воды в водоносный слой далеко не все токсичные вещества перерабатываются микроорганизмами или отфильтровываются почвой. К наиболее устойчивым загрязнителям относятся хлорированные углеводороды, в частности трихлорэтилен, тетрахлорэтилен,, тетрахлорметан. Даже разлитая по бутылям вода из артезианских скважин содержит ацетальдегид, бензол, дихлорпропан, диэтиловаый спирт, толуол и т.д.
Главным с гигиенических позиций требованием к качеству питьевой воды является ее безопасность в эпидемиологическом отношении. По данным ВОЗ, около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды. Водным путем передаются большинства кишечных инфекций: холера, брюшной тиф, паратиты, сальмонеллезы и др. Доказана роль воды в распространении таких болезней как гепатит А и полиомиелит, гельминтоз.
Мониторинг морских вод
Для решения проблемы охраны морских и океанических вод от загрязнения необходимо составление научно-обоснованных рекомендаций по ограничению или полному запрещению сброса отходов, согласно которым процессы самоочищения должны постоянно превосходить процесс загрязнения и приводить к устранению нарушений в морской среде. Для этого следует осуществлять ряд мероприятий, среди которых наиболее важными являются:
- проведение систематических наблюдений и оценка состояния морских вод и влияния загрязнения на естественные физико-химические и гидробиологические условия;
- изучение путей и параметров распространения;
- изучение путей и параметров распространения, а также естественной утилизации загрязняющих веществ для последующего определения возможного режима их сброса в море;
- составление прогноза динамики загрязнения морских вод на ближайшую и дальную перспективу по заданным значениям сброса отходов, гидрометеорологическим и гидрохимическим условиям;
- разработка рекомендаций по оптимальному режиму сбросов в конкретных участках морей и океанов;
В отличие от пунктов наблюдений за качеством поверхностных вод пункты наблюдений за качеством морских вод подразделяются на I, II и III категории.
В пунктах наблюдений, расположенных на устьевом взморье в замыкающем створе при глубине реки 1-5 м, замеры осуществляются на поверхности и у дна реки. При глубине реки 5-10 м наблюдения проводятся на поверхности, на половине глубины и у дна, а при глубине реки более 10 м- на поверхности, через каждые 5 м и у дна реки.
Программа наблюдений за качеством морских вод без гидробиологических покахзателей включает в себя следующие мероприятия:
1. Определение концентрации химических соединений:
- нефтяных углеводородов- мг/дм3 (мг/л);
- растворенного кислорода, мг/дм3 (мг/л, 5)
- водородного показателя рН
- хлорированных углеводородов, в том числе пестицидов, мкг/дм3, мкг/л)
- тяжелых металлов- ртути, свинца, кадмия, меди, мкг/дм3, мкг/л)
- фенолов, ( мкг/дм3, мкг/л)
- СПАВ, (мкг/дм3, мкг/л)
2. Определение показателей и содержания веществ, характерных для данного района:
- нитритного азота, (мкг/дм3, мкг/л)
- кремния, (мкг/дм3, мкг/л)
- солености воды, 5
- температуры воды и воздуха, оС
- Скорости и направления ветра, м/с
- прозрачности воды (единицы цветности)
- волнения моря (баллы)
3. Проведение визуальных наблюдений за состоянием поверхности морского водного объекта
Наблюдения за качеством морских вод по гидробиологическим показателям проводятся по сокращенной и полной программам :
Сокращенная: (объект наблюдений и его харакьтеристики)
- Фитопланктон: общая численность клеток, (клетка/дм3), видовой состав, число и список видов
- Зоопланктон: общая численность организмов, экз/м3, видовой состав, число и список видов
- Микробные показатели: общая численность микроорганизмов, клетка/см3, численность сапритных бактерий, клетка/см3, (клетка/мл), концентрация хлорофилла фитопланктона, мкг/дм3 (мкг/л)
Полная:
Зоопланктон: общая биомасса, мг/м3, численность основных групп и видов, экз/м3, биомасса основных групп и видов, мг/м3
Фитопланктон: общая биомасса, г/м3, видовой состав, число и список видов; число основных систематических групп, число групп
Микробные показатели:
Общая биомасса, мг/м3, численное распределение индикаторных групп морской микрофлоры (сапрофитные, нефтеокисляющие, ксилолокисляющие, фенолокисляющие, липолитические бактерии, клетка/м3, интенсивность фотосинтеза фитопланктона).
В пунктах 1 категории наблюдения осуществляются 2 раза в месяц (1 и 3 декады) по сокращенной программе. По полной программе наблюдения проводятся 1 раз в месяц (2-я декада).
В пунктах 2 категории наблюдения проводятся 5-6 раз в год по полной программе, в пунктах 3 категории-2-4 раза в год.
МОНИТОРИНГ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
На централизованных городских, районах и групповых водопроводах систематический контроль за качеством воды в местах водозабора, в процессе ее обработки на очистных сооружениях, перед поступлением в сеть и в распределительной сети осуществляют производственные химические и бактериологические лаборатории. Гидробиологические исследования проводит группа специалистов, которые находятся в штате химической лаборатории водопровода.
Эффективность работы водопроводных сооружений проверяют систематически, не реже одного раза в сутки. Допускается использовать только те реагенты, которым дана гигиеническая оценка и они разрешены к применению для обработки воды Минздравом.
Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. Превышение норматива не допускается в 95% проб, отбираемых в точках водозабора наружной и внутренней водопроводной сети в течение 12 месяцев, при количестве исследуемых проб не менее 100 за год.
Подземные воды не допускаются использовать для питьевого водоснабжения, если бактериологические показатели их колеблются, причины колебания не выяснены и не устранены. Подземная вода, отмеченная как постоянно неустойчивая по бактериологическим показателям, перед подачей в сеть должна обязательно подвергаться обеззараживанию.
На водопроводах, где источники водоснабжения-поверхностные водоемы, контроль за качеством воды перед поступлением в сеть осуществляется по бактериологическим, паразитологическим , органолептическим показателям и химическому составу. Из бактериологических показателей определяют общее количество бактерий в 1 мл неразбавленной воды и число бактерий группы кишечной палочки. По нормативам должно быть не более 50. Анализ проводится не менее одного раза в сутки. Не допускается присутствие в питьевой воде различимых невооруженным глазом водных организмов и поверхностной пленки. При обнаружении в пробе питьевой воды термотолерантных бактерий или (и) колиформных бактерий или колифагов проводится их определение в повторно взятых пробах воды. Для выявления причин загрязнения одновременно проводится определение хлоридов, азота аммонийного, нитратов и нитритов. Содержание остаточного хлора или озона определяют ежесуточно каждый час, в том числе один раз одновременно с бактериологическим исследованием воды.
Радиационная безопасность питьевой воды определяется ее соответствием нормативам по показателям общей альфа- и бета активности. Альфа активность – не более 0,1 Бк/л. Идентификация присутствующих в воде радионуклидов и измерение их индивидуальных концентраций проводится при превышении нормативов общей активности.
На водопроводе для одного села, который обслуживает до 15000 населения, бактериологическое исследование воды проводят один раз в месяц одновременно с определением концентрации остаточного хлора, а также в случаях изменения качества воды водоисточника.
Из органолептических показателей во всех пробах воды исследуют запах, привкус, цветность и мутность. Запах и привкус - не более 2 баллов (чуть заметный) . Цветность не более 20оС
Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по:
- обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающих в природных водах на территории РФ, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение. Обобщенный показатель: (рН, общая минерализация, жесткость общая, окисляемость перманганатная, нефтепродукты (суммарно), ПАВ, Фенольный индекс. Неорганические вещества: алюминий, барий, беррилий, бор, нитраты, свинец и др. (всего по 17 показателям), органические вещества: гамма-ГХЦГ, ДДТ, 2,4Д;
- безвредность определяется еще по содержанию вредных химических веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения: хлор-остаточный свободный и остаточный связанный, хлорофлрм (при хлорировании воды), озон остаточный, флормальдегид (при озонировании воды) , полиакриламид, активированная кремнекислота ( по силициму), полифосфаты, остаточные количества алюминия и желесодержащих коагулянтов.
Так при обеззараживанием воды свободным хлором время контакта его с водой должно составить не менее 30 мин., связанным хлором не менее 60 мин. При одновременном присутствии в воде свободного и связанного хлора концентрация не должна превышать 1,2 мг/л. В отдельных случаях по согласованию с центром Санэпиднадзора может быть допущена повышенная концентрация хлора.
Если в питьевой воде обнаруживаются несколько химических веществ, относящихся к 1 и 2 классам опасности и нормируемых по санитарно-токсикологическому признаку вредности, сумма отношений обнаруженных концентраций каждого из них в воде к величине ПДК не должна быть больше 1.
Для оценки и выбора места забора воды из реки выявляют все искусственные очаги загрязнения (выпуски сточных вод промышленных, хозяйственно-фекальных и ливневых канализаций, городских пляжей и др.) устанавливают влияние их на качество воды в реке и определяют способность ее к самоочищению.
С целью определения влияния очагов загрязнения на качество воды в реке в местах водозабора намечают створы для дополнительных исследований (их проводит проектная организация при разработке и обосновании методов обработки воды и проекта зоны санитарной охраны). Створы устанавливаются выше и ниже очагов загрязнения.
При наличии в зоне водозабора притоков реки необходимо установить дополнительные створы. Верхний створ должен находиться на расстоянии 100-200 м выше впадения притока в реку, расположение нижнего створа определяется опытным путем.
Если источником служит водохранилище, пункты отбора проб для обоснования места водозабора размещают на большом участке водохранилища по радиусам в обе стороны (выше и ниже по течению и на противоположном берегу).
Воду из общественных колодцев необходимо исследовать не реже одного раза в месяц.
Пробы воды из распределительной сети отбирают в местах, характеризующих все уличные водозаборные устройства, краны внутренних водопроводных сетей, основные магистральные водопроводные линии, возвышенные или тупиковые участки уличной сети, а также краны внутренних водопроводных сетей всех домов, которые имеют подкачку.
Виды определяемых и количество исследуемых проб питьевой воды перед ее поступлением в распредилительную сеть устанавливаются с учетом требований:
| Виды показателей | Количество проб в течение одного года, Не менее | |||||
| Для подземных источников | Для поверхностных источников | |||||
| Численность населения, обеспечиваемого водой из Данной системы водоснабжения, тыс.чел. | ||||||
| До 20 | 20-100 | Свыше 100 | До 100 | Свыше 100 | ||
| микробиологические | 50 (1) | 150 (2) | 365 (3) | 365 (3) | 365 (3) | |
| Паразитологические | Не проводятся | 12 (4) | 12 (4) | |||
| Органолептические | 150 (2) | 365 (3) | 365 (3) | |||
| Обобщенные показатели | 4 (4) | 6 (5) | 12 (6) | 12 (6) | 24 (7) | |
| Неорганические и органические в-ва | 4 (4) | 12 (6) | ||||
| Показатели, связанные с технологией водоподготовки | Остаточный хлор, остаточный озон- не реже одного раза в час, остальные реагенты не реже одного раза в смену | |||||
| Радиологические | ||||||
(1)-еженедельно; (2)- три раза в неделю, (3)- ежедневно, (4)- один раз в сезон года, (5)- один раз в два месяца, (6) ежемесячно, (7) два раза в месяц
При отсутствии обеззараживания воды на водопроводе из подземных источников, обеспечивающим водой население до 20 тыс.человек, отбор проб для исследований по м/биологическим показателям и органолептическим проводится не реже одного раза в месяц.
На период паводков и ч/ситуаций усиливается режим контроля качества питьевой воды.
Производственный контроль качества питьевой воды в распределительной водопроводной сети проводится по микробиологическим и органолептическим показателям
До 10 тыс.чел. 2 пробы в месяц
10-20 10
20-50 30
50-100 100
более 100 100 + 1 проба на каждые 5 тыс. человек, свыше 100 тыс. населения.
Контрольные пробы после ремонта и реконструкции водопроводов или отдельных его частей отбирают отдельно.
При контроле за качеством воды подземного водоисточника пробу берут непосредственно из водозаборного сооружения (скважина, шахтный колодец, и т.д.) Для этого на оголовке скважины вмонтированы специальные краны, перед и после каждого сооружения. При взятии проб кран открывают, и вода свободно истекает в течение 5 мин., затем ее набирают в стелянную посуду емкостью 0,5-1 л до 1/3- ½ объема, споласкивают внутренние стенки посуды и выливают. Так производят 2-3 раза. После этого сосуд заполняют полностью до горлошка водой, закрывают корковой пробкой.
В лабораторию пробы должны поступать в течение 4-5 часов с момента отбора.