Ступінь насичення киснем
де М - ступінь насичення води киснем,%;
а - концентрація кисню, мг / дм 3;
Р - атмосферний тиск в даній місцевості, Па.
N - нормальна концентрація кисню при даній температурі,
мінералізації (солоності) і загальному тиску 101308 Па [14].
У природних умовах іони кальцію, магнію та інших лужноземельних металів, які обумовлюють жорсткість, надходять у воду в результаті взаємодії розчиненого діоксиду вуглецю з карбонатними мінералами і при інших процесах розчинення і хімічного вивітрювання гірських порід. Джерелом цих іонів є також мікробіологічні процеси, що протікають в грунтах на площі водозбору, в донних відкладеннях, а також стічні води різних підприємств.
Жорсткість води коливається в широких межах. Вода з жорсткістю менше 4 мг-екв / дм 3 Вважається м'якою, від 4 до 8 мг-екв / дм 3 - середньої жорсткості, від 8 до 12 мг-екв / дм 3 - жорсткою і вище 12 мг-екв / дм 3 - дуже жорсткою. Загальна жорсткість коливається від одиниць до десятків, іноді сотень мг-екв / дм 3. причому карбонатні жорсткість становить до 70-80% від загальної жорсткості [31].
Зазвичай переважає (до 70%) жорсткість, обумовлена іонами кальцію; проте, в окремих випадках магнієва жорсткість може досягати 50-60%. Жорсткість морської води і океанів значно вище (десятки і сотні мг-екв / дм 3). Жорсткість поверхневих вод схильна до помітних сезонних коливань, досягаючи зазвичай найбільшого значення в кінці зими і найменшого в період повені.
Висока жорсткість погіршує органолептичні властивості води, надаючи їй гіркуватий смак і діючи на органи травлення.
Величина загальної жорсткості в питній воді не повинна перевищувати 10.0 мг-екв / дм 3. Особливі вимоги пред'являються до технічної води (накип) [17].
Окислюваність: перманганатная і біхроматна (ГПК)
Виражається в міліграмах кисню, який пішов на окислення органічних речовин, що містяться в 1 дм 3 води [3]. [14].
Склад органічних речовин в природних водах формується під впливом багатьох чинників. До числа найважливіших відносяться внутріводоемнимі біохімічні процеси продукування і трансформації, надходження з інших водних об'єктів, з поверхневим і підземним стоком, з атмосферними опадами, з промисловими і господарсько-побутовими стічними водами. Утворені в водоймі і надходять в нього ззовні органічні речовини вельми різноманітні за своєю природою і хімічними властивостями, в тому числі по стійкості до дії різних окислювачів. Співвідношення містяться у воді легко-і трудноокісляемимі речовин в значній мірі впливає на окислюваність води в умовах того чи іншого методу її визначення.
Величини окислюваність природних вод змінюються в межах від часток міліграмів до десятків міліграмів у літрі в залежності від загальної біологічної продуктивності водойм, ступеня забрудненості органічними речовинами і сполуками біогенних елементів, а також від впливу органічних речовин природного походження, що надходять з боліт, торфовищ і т.п . Поверхневі води мають більш високу окислюваність в порівнянні з підземними (десяті і соті частки міліграма на 1 дм 3), виняток становлять води нафтових родовищ і грунтові води, які харчуються за рахунок боліт. Гірські річки і озера характеризуються окисляемостью 2-3 мг О / дм 3. річки рівнинні - 5-12 мг О / дм 3. річки з болотним харчуванням - десятки міліграмів на 1 дм 3 [24].
Окислюваність незабруднених поверхневих вод проявляє досить чітку фізико-географічну зональність.
Фізико-географічна зональність природних вод
Північна і південна тайга
Окислюваність схильна закономірним сезонним коливанням. Їх характер визначається, з одного боку, гідрологічним режимом і залежних від нього надходженням органічних речовин з водозбору і, з іншого, - гидробиологическим режимом.
У водоймах і водотоках, що піддаються сильному впливу господарської діяльності людини, зміна окисляемости виступає як характеристика, що відображає режим надходження стічних вод. Для природних малозабруднених вод рекомендовано визначати перманганатна окислюваність; в більш забруднених водах визначають, як правило, біхроматной окислюваність (ГПК).
Відповідно до вимог до складу і властивостей води водойм пунктів питного водокористування величина ГПК не повинна перевищувати 15 МГО / дм 3; в зонах рекреації у водних об'єктах допускається величина ГПК до 30 МГО / дм 3.
У програмах моніторингу ГПК використовується в якості запобіжного вмісту органічної речовини в пробі, яке схильне до окислення сильним хімічним окислювачем. ГПК застосовують для характеристики стану водотоків і водойм, надходження побутових і промислових стічних вод (в тому числі, і ступеня їх очищення), а також поверхневого стоку.
Для обчислення концентрації вуглецю, що міститься в органічних речовинах значення ГПК (мг / дм 3) множиться на 0.375 (коефіцієнт, що дорівнює відношенню кількості речовини еквівалента вуглецю до кількості речовини еквівалента кисню).
Біохімічне споживання кисню (БПК)
Ступінь забруднення води органічними сполуками визначають як кількість кисню, необхідне для їх окислення мікроорганізмами в аеробних умовах. Біохімічне окислення різних речовин відбувається з різною швидкістю. До легкоокисляющихся ( "біологічно м'яким") речовин відносять формальдегід, нижчі аліфатичні спирти, фенол, фурфурол та ін. Середнє положення займають крезоли, нафтоли, ксиленоли, резорцин, пирокатехин, аніоноактівние ПАР та ін. Повільно руйнуються "біологічно жорсткі" речовини гідрохінон, сульфонол , неіоногенні ПАР та ін.
У лабораторних умовах поряд з БПКполн. визначається БСК5 - біохімічна потреба в кисні за 5 діб.
У поверхневих водах величини БСК5 змінюються зазвичай в межах 0.5-4 мгO2 / дм 3 і схильні до сезонних і добових коливань.
Сезонні зміни залежать в основному від зміни температури і від вихідної концентрації розчиненого кисню. Вплив температури позначається через її вплив на швидкість процесу споживання, яка збільшується в 2-3 рази при підвищенні температури на 10 o C. Вплив початкової концентрації кисню на процес біохімічного споживання кисню пов'язано з тим, що значна частина мікроорганізмів має свій кисневий оптимум для розвитку в цілому і для фізіологічної і біохімічної активності.
Добові коливання величин БСК5 також залежать від вихідної концентрації розчиненого кисню, яка може протягом доби змінюватися на 2.5 мг / дм 3 в залежності від співвідношення інтенсивності процесів його продукування і споживання. Досить значні зміни величин БСК5 в залежності від ступеня забрудненості водойм.
Величини БСК5 в водоймах з різним ступенем забрудненості [17].
Ступінь забруднення (класи водойм)
Для водойм, забруднених переважно господарсько-побутовими стічними водами, БСК5 становить зазвичай близько 70% БПКполн. .
Визначенні БСК5 в поверхневих водах використовується з метою оцінки змісту біохімічно окисляються органічних речовин, умов існування гідробіонтів і в якості інтегрального показника забрудненості води. Необхідно використовувати величини БСК5 при контролюванні ефективності роботи очисних споруд [3].
Повним біохімічним споживанням кисню (БПКполн.) Вважається кількість кисню, необхідне для окислення органічних домішок до початку процесів нітрифікації. Кількість кисню, що витрачається для окислення амонійного азоту до нітритів і нітратів, при визначенні БПК не враховується.
Для побутових стічних вод (без суттєвої домішки виробничих) визначають БПК20. вважаючи що ця величина близька до БПКполн.