Все отрасли народного хозяйства, которые используют водные ресурсы, подразделяют на две категории:
Водопользователи – это отрасли, которые используют водоемы для различных целей, но безвозвратный водозабор не ведут. К ним относятся гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, коммунальные службы хозяйственно-питьевого обеспечения.
Водопотребители – это отрасли, которые берут воду из водоемов, причем часть ее используется безвозвратно. Крупнейшими водопотребителями являются теплоэнергетика (особенно АЭС), сельское хозяйство, а из промышленности – химическая и металлургическая.
Современный город с населением 1 млн. человек потребляет в сутки 300 тыс.м3 воды, из которых 75…80% превращаются в сточные воды.
Существует следующая классификация пресных вод по целевому назначению:
- вода питьевая – вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения;
- вода минеральная – вода, компонентный состав которой отвечает лечебным требованиям;
- вода теплоэнергетическая – термальная вода, теплоэнергетические ресурсы которой могут быть использованы в любой отрасли народного хозяйства;
- вода промышленная – вода, компонентного состава и ресурсов которой достаточно для извлечения этих компонентов в промышленных масштабах;
- вода техническая – любая вода, кроме вышеперечисленных, пригодная для использования в народном хозяйстве.
При этом различают следующие виды воды технической:
- хозяйственно-бытовые вода – вода, используемая для бытовых и санитарно-гигиенических целей населением, а также прачечными, банями, столовыми, больницами и т.д.;
- поливная вода – вода, используемая для орошения земель и полива сельскохозяйственных растений;
- технологическая вода - вода, непосредственно контактирующая с продуктами и изделиями и подразделяющаяся, в свою очередь, на средообразующую, промывочную и реакционную (средообразующую используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывочную – для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий, а реакционную – в составе реагентов, при отгонке и аналогичных процессах);
- энергетическая вода – вода, используемая для получения пара и нагревания помещений, оборудования и сред, а также для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах, а твердых тел – непосредственно.
Энергетическая вода может быть оборотной и подпиточной (добавочной). Воду весьма часто используют для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. Энергетическая вода не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В промышленности 65…80% расхода воды потребляется для охлаждения.
Качество воды
Эта характеристика состава и свойств воды определяет пригодность ее для конкретных видов использования. Выделяют следующие показатели воды, регламентированные соответствующими документами:
- органолептические;
- гидрохимические;
- микробиологические;
- содержание химических токсинов.
Определение органолептических показателей обязательно при любом исследовании воды. К ним относятся цветность, запах, вкус и привкус, мутность и пенистость.
Гидрохимические показатели занимают значительное место в совокупности данных о состоянии водного объекта, при этом они могут быть определены полевыми или лабораторными методами. Для полевых методов в России выпускается широкий перечень тест-комплектов, позволяющих выполнить унифицированный анализ непосредственно у водного объекта. В число гидрохимических показателей качества воды, определяемых полевыми методами, входят: водородный показатель (рН), растворенный кислород, минерализация (карбонаты и гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, сухой остаток, общая жесткость, катионы кальция и магния, натрия и калия), биогенные элементы (нитраты, фосфаты, аммоний, нитриты), фториды, общее железо.
Водородный показатель рН - одна из наиболее информативных характеристик. Величина рН в природных водах обусловлена количественным соотношением СО2, растворенного в воде, гидрокарбонат- и карбонат-ионов; процессами фотосинтеза (потребление СО2 водной растительностью) и распада органических веществ; диссоциацией веществ гумусовой природы (болотные воды имеют низкие рН); гидролизом аква-ионов металлов. Величина рН колеблется: в речных водах в интервале 6.5-8.5, в атмосферных осадках - 4.6-6.1; в болотах - 5.5-6.0; в океанских водах - 7.9-8.3; в рудниках и шахтах - ~ 1; в содовых озерах - ~ 10. Величина рН оказывает существенное влияние на форму существования веществ в водных экосистемах.
Интегральная оценка качества воды проводится обычно по гидрохимическим показателям, при их достаточном количестве, и может проводиться несколькими способами.
В общем случае, при наличии данных о нескольких оцениваемых показателях, можно рассчитать сумму приведенных концентраций параметров к ПДК (принцип суммации воздействий). При этом критерием качества воды является значение
(3.1)
где С ф i – фактическая концентрация i-го вещества в воде водоема.
При наличии данных о достаточном количестве показателей можно оценить индекс загрязненности воды (ИЗВ), который рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значений показателей качества для 6 основных загрязнителей воды:
(3.2)
где Сi – среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это – среднее значение за год); ПДКi – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества; 6 – строго ограниченное (лимитируемое) число показателей, использующихся для расчета.
В качестве интегральной характеристики загрязненности поверхностных вод используются классы качества воды, которые установлены в зависимости от значения ИЗВ (см. таблицу П.2 Приложения 2).
При расчете ИЗВ в число шести показателей обязательно входят концентрация РК (растворённого кислорода) и значение БПК5, а также еще 4 показателя, являющиеся для данного водоема (воды) наиболее неблагополучными, т.е. имеющие наибольшие относительные концентрации (отношение Ci /ПДКi).
Растворенный кислород всегда содержится в природной воде.В принципе все газы, содержащиеся в атмосфере: O2, H2S, N2CO2 и др. присутствуют в гидросфере. Газообмен (фазовое равновесие) осуществляется через поверхностную пленку. Главными источниками растворенного кислорода (обычное содержание ~ 14 мг/л) являются атмосфера, фотосинтетическая деятельность, дождевые и снеговые воды, пересыщенные кислородом.
Биохимическое потребление кислорода (БПК) дает относительное представление о содержании легко окисляющихся органических веществ и может характеризовать количество органических отходов или качество воды. Для оценки этого параметра определяют кислород, растворенный в пробе, затем ее инкубируют не менее 5 суток в специальной склянке в темноте. В результате жизнедеятельности бактерий кислород затрачивается на окисление имеющихся в воде органических соединений. Убыль растворенного кислорода за определенный промежуток времени и характеризует БПК.
Определение микробиологических показателей, установленных стандартами для питьевой и другой воды, связано с необходимостью проведения их в лабораторных условиях. Вместе с тем косвенные признаки микробиологического загрязнения можно обнаружить по наличию видимых следов разложения органических остатков, трупов животных, нечистот, впадения в водоем сточных канав и др. Фекальные загрязнения обычно содержат множество бактерий, среди них – патогенные цисты простейших паразитов, яйца гольминтов, микроорганизмы. Индикаторным видом микроорганизмов, указывающим на фекальные загрязнения, принято считать бактерии группы кишечной палочки (БГКП), типичным представителем которых являются E.coli (сами БГКП нетоксичны для теплокровных). Микробиологический показатель качества воды предусматривает определенное число БГКП в единице объема воды (не более 3 в 1 л) – так называемый коли-индекс.
Определение содержания химических токсинов (пестицидов, нефтепродуктов, тяжелых металлов, СПАВ, и др.) повышает качество оценки, однако сопряжено с трудностями, так как для выполнения анализов требуется специальное лабораторное оборудование, сложные методики или приборы, высокая квалификация персонала и пр. Однако оценка качества воды по этой группе показателей или по некоторым из них в ряде случаев возможна, если использовать результаты анализов воды, полученные специальными службами – экологическими, санитарными, рыбохозяйственными и др.