Методы измерения загрязнения вода

Научная электронная библиотека

Сибагатуллина А. М., Мазуркин П. М.,

1.2. Методы измерения загрязнения вод

В гидробиологической и гидрохимической литературе для оценки качества воды водоемов и водотоков, подверженных антропогенному воздействию, разработано множество методов: химических, биологических, физических (органолептических), бактериологических и радиационных, рис. 1 [33].

Качество воды природных источников определяют по наличию в ней веществ неорганического и органического происхождения, а также микроорганизмов и характеризуют различными физическими, химическими, бактериологическими и биологическими показателями.

Существует множество классификаций загрязняющих веществ, но основная с точки зрения идентификации загрязнений – по химическому, физическому, биологическому составу [33, 28]. Классификацию вод по физическим загрязнениям проводят для следующих показателей – температура, запах, вкус, мутность, цветность, электропроводимость.

Химическими показателями качества воды являются общее количество растворенных веществ или сухой остаток, активная реакция или рН воды, окисляемость, щелочность, наличие азотсодержащих соединений, хлоридов, сульфатов, железа, марганца, кальция и др.

.

Рис. 1. Методы анализа качества вод

Биологические показатели определяют наличие или отсутствие водных индикаторных организмов, находящихся на поверхности (планктон) и в толще (нейстон) воды или располагающихся у дна водоема, берегов и на поверхности подводных предметов (бентос), чувствительных к специфическим загрязнениям.

При оценке качества природных вод требования могут быть самыми различными и зависят от целевого назначения вод.

Каждый из показателей качества воды в отдельности, хотя и несет информацию о качестве воды, все же не может служить мерой качества воды, так как не позволяет судить о значениях других показателей, хотя иногда косвенно бывает связан с некоторыми из них. Например, увеличенное, по сравнению с нормой, значение БПК₅ косвенно свидетельствует о повышенном содержании в воде легкоокисляющихся органических веществ; увеличенное значение электропроводности – о повышенном солесодержании и др.

Вместе с тем, результатом оценки качества воды должны быть некоторые интегральные показатели, которые охватывали бы основные показатели качества воды (либо те из них, по которым зафиксировано неблагополучие).

Биологический метод измерения загрязнения вод осуществляется в рамках направлений, которое получило название биоиндикация и биотестирование. Биондикация – это оценка естественного состояния среды с помощью присутствующих живых организмов. Биотестирование – методический прием лабораторной оценки качества речной воды по реакциям подопытных организмов с известными и поддающимися учету характеристиками. Биологический объект (тест-организм) в биотестировании фактически используется в качестве аналитического прибора.

Биоиндикация может осуществляться на всех уровнях организации живого: биологических макромолекул, клеток, тканей и органов, организмов, популяций и сообществ [1, 15].

Критерии выбора биоиндикаторов: быстрый ответ, надежность (ошибка менее 20%), простота и постоянно присутствующий в природе живой объект. Биотестирование основано на регистрации суммарного токсического действия на тест-организм сразу всех компонентов загрязнения и, таким образом, позволяет быстро оценить, является ли анализируемая проба загрязненной или нет.

Источник

Научная электронная библиотека

Сибагатуллина А. М., Мазуркин П. М.,

1.4. Гидрохимические методы измерения загрязнения

Современные технические средства позволяют определять практически все ингредиенты природного состава вод и антропогенных загрязнений – это методы атомно-абсорбционной и эмиссионной спектрофотометрии для неорганических веществ и хромато-масс-спектрометрии для идентификации нескольких тысяч органических соединений. Однако эти методы из-за сложности аппаратуры, трудоемкости выполнения анализа и значительных материальных затрат используются пока весьма ограниченно [33]. Общим требованием к качеству воды водных объектов любой категории является не превышение фактически наблюдаемого содержания загрязняющих веществ (ЗВ) над величиной ПДК. При загрязнении воды несколькими ЗВ используются комплексные оценки качества воды в природных водоемах [54, 55].

Комбинаторный индекс загрязненности (КИЗ): В гидрохимической практике используется метод интегральной оценки качества воды, по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения. В этом методе для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДКвр – К_i и повторяемости случаев превышения Н_i, а также общий оценочный балл – B_i:

; (1.7) ; (1.8) ; (1.9)

где: С_i – концентрация в воде i-го ингредиента;

ПДКi – предельно допустимая концентрация – i-го ингредиента для водоемов рыбохозяйственного назначения [10];

N_ПДКi – число случаев превышения ПДК по i-му ингредиенту;

N_i – общее число измерений i-го ингредиента.

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды, табл. 1.5 [17].

Классификация загрязненности воды водных объектов

Значение комбинаторного индекса загрязненности воды

Класс загрязненности воды

При отсутствии ЛПЗ

Показатель КИЗ учитывает одновременно показатели качества, содержание которых превышает установленные ПДКвр, повторяемость случаев превышения ПДКвр, кратность превышения ПДКвр. КИЗ используется, в основном, в случае комбинированного воздействия на экосистемы ряда токсичных веществ.

Более совершенным является индекс, получивший название удельного комбинаторного индекса загрязненности (УКИЗ), учитывающий те случаи, когда вода очень сильно загрязнена одним или несколькими загрязняющими веществами, но имеет удовлетворительные характеристики по всем остальным показателям. УКИЗ представляет собой долю индекса КИЗ, приходящуюся на один учитываемый ингредиент. Достоинствами данного метода является сочетание дифференцированного и комплексного подходов к оценке качества воды [18].

Индекс загрязненности воды (ИЗВ). Результаты гидрохимических анализов по множеству показателей дают определять классы качества воды в виде интегральной характеристики загрязненности поверхностных вод.

Классы качества определяются по индексу загрязненности воды (ИЗВ), которая рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значений 6 основных показателей качества воды по формуле

, (1.10)

где: с_i – среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это среднее значение за год);

ПДК_i – предельно-допустимая концентрация для данного загрязняющего вещества.

В зависимости от полученного ИЗВ водные объекты классифицированы по степени загрязнения следующим образом, табл. 1.6 [16].

Характеристики интегральной оценки качества воды

Класс качества воды

Оценка качества (характеристика) воды

Менее и равно 0,2

В число шести основных, так называемых «лимитируемых» показателей, при расчете ИЗВ входят в обязательном порядке концентрация растворенного кислорода и значение БПК₅, а также значения еще 4 показателей, являющихся для данного водного объекта наиболее неблагополучными, или которые имеют наибольшие приведенные концентрации (отношение с_i/ПДК_i).

Такими показателями, по опыту гидрохимического мониторинга водоемов, нередко бывают нитраты, нитриты, аммонийный азот (в форме органических и неорганических аммонийных соединений), тяжелы металлы (медь, марганец, кадмий и др.), фенолы, пестициды, нефтепродукты, СПАВ. Для расчета ИЗВ показатели выбираются независимо от лимитирующего признака вредности, однако при равенстве приведенных концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим санитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие вещества обладают относительно большей токсичностью).

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы. Индексы загрязнения воды сравнивают для водных объектов одной биогеохимической провинции и сходного типа, для одного и того же водотока (по течению, во времени, и так далее).

Данный метод интегральной оценки качества воды получил широкое распространение, определен класс загрязнения практически всех водных объектов. Так, реки Республики Марий Эл по данным Управления природных ресурсов по Республике Марий Эл имеют III, IV классы загрязнения, что соответствует умеренно загрязненной и загрязненной характеристике. Отсутствие соответствия между лабораторными и природными моделями экосистем приводит к тому, что ПДК часто оказываются завышенными. В качестве примера можно привести ситуацию, когда, несмотря на удовлетворительные результаты гидрохимического анализа (т. е. соблюдение ПДК) в водоемах заповедника «Большая Кокшага» (Республика Марий Эл), проведенный гидробиологический мониторинг показал тенденцию к ухудшению экологического состояния пойменных участков реки, что выражалось в изменении структуры зоопланктонных сообществ.

К основным недостаткам [36] относит:

– не учитываются микробиологические показатели, которые часто являются решающими при оценке пригодности воды для пользования;

– выпадают из внимания исследователей многие загрязняющие вещества, не вошедшие в группу из 6 показателей. В качестве разновидности ИЗВ используется показатель химического загрязнения воды ПХЗ-10. При определении ПХЗ-10 учитывается 10 показателей, вместо 6.

Источник

Виды и методы

Под термином «анализ воды» обычно подразумевают определение качественного и количественного состава примесей и компонентов, содержащихся в воде.

При этом, содержание любого элемента требует выполнения определенных исследований, использования разных методик и технологий. Чем больше пунктов проверки, тем обширнее состав используемых способов определения параметров воды.

Рассмотрим, какие методы могут применяться при проведении анализов.

Какие типы анализов бывают?

Определение присутствия и количества любого компонента, входящего в состав пробы воды, требует специальных исследований.

Существуют разные методы анализа воды, соответствующие особенностям и природе того или иного вида загрязнений.

Физико-химические

Этот метод производства анализов предназначен для определения содержания следующих компонентов:

Для исследований применяются органолептические и гравиметрические методы.

Первые проводятся преимущественно, с использованием собственных органов чувств. Цвет определяется визуально, путем осмотра воды в пробирке на белом фоне. Запах, степень прозрачности и вкус также определяют самостоятельно.

Химические

Химический анализ необходим для определения качества питьевой воды, а также для выяснения состава проб из колодцев или скважин, других источников. Отдельно проводятся анализы сточной воды, прошедшей очистку и предназначенной для сброса в водоем.

Особое внимание уделяют воде, которую используют для изготовления:

1. пищевых продуктов;
2. напитков;
3. детского питания.

Основной задачей проверки является обнаружение веществ, растворенных в воде и способных нанести вред здоровью людей.

Исследованиям подлежат следующие показатели:

• растворенное железо;
• соли тяжелых металлов;
• марганец;
• растворенные газы, в т.ч. сероводород, углекислота;
• соединения хлора и другие реагенты, применяемые в процессе водоподготовки;
• неорганические соединения;
• коллоидные растворы;
• органические компоненты.

Как правильно сделать забор для химического анализа читайте тут.

Радиологические

Это вид анализов предназначен для определения содержания радона или продуктов распада радиоактивных материалов. Проверка показывает наличие (или отсутствие) изотопов того или иного элемента, после чего делается заключение и предлагаются способы очистки воды от загрязняющих веществ.

• Альфа-излучение. Это признак присутствия радона, хотя возможны и другие источники.
• Бета-излучение. Его наличие свидетельствует о содержании в пробе радионуклеидов.
• Проверка на радон. Этот газ крайне вреден для органов дыхания. Проверку на радон делают независимо от анализа на альфа-излучение, так как он не всегда дает достаточно ясные показатели.

Микробиологические

Проба воды содержит большое количество бактерий и микроорганизмов. Это нормально, допустимым количеством колоний является 50 и меньше.

Однако, среди нейтральных видов микрофлоры могут встречаться опасные или вовсе недопустимые разновидности. Поэтому микробиологический анализ является одним из основных типов исследований питьевой воды.

Определению подлежат:

• общие и термотолерантные колиформные микроорганизмы;
• колифаги;
• общее микробное число.

Это малый список проверки. Для более углубленных исследований используются расширенные перечни, включающие от 20 пунктов и более.

Подробная информация о микробиологическом анализе здесь.

Бактериологические

Бактериологический анализ воды — процедура, аналогичная микробиологической проверке. Однако, многие лаборатории различают эти методы, определяя микробиологические исследования как общий анализ, а бактериологические — как определение количества:

• гельминтов,
• синегнойной палочки,
• прочих видов микрофлоры, вредных для человека.

Принципиальной разницы в методиках исследования не делается, разграничивают только пункты проверки. Для исследований требуются специальные методы. Обычно делается посев в пробирке с питательной средой, через некоторое время определяется количество видов и число колоний микроорганизмов.

Процесс довольно кропотливый, результат во многом зависит от уровня подготовки лаборантов, поэтому для выполнения тестов рекомендуется выбирать специализированные организации.

Полная статья о бактериологическом исследовании воды по ссылке.

Спектральные

Спектральные исследования воды позволяют определить наличие растворенных примесей органического и неорганического происхождения. Особенность методики состоит в высокой точности, способности определить присутствие малых количеств примесей.

По уровню возможностей спектральные исследования могут соперничать с хроматографией, а по некоторым позициям они даже опережают альтернативные способы.

В список проверки входят:

• У/Ф исследования;
• ИК анализ пробы;
• Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС).

Метод позволяет получить полную информацию о наличии и составе примесей, не делая отдельные анализы для каждого элемента.

Особенности спектрального анализа разбираем в статье по ссылке.

Лабораторный

Лабораторные исследования — это общее определение проверок качества воды, выполненных в специальных условиях. Этот метод является прямой противоположностью полевым исследованиям, дающим лишь первичные данные о качестве проб.

Для анализов необходимо использование специального оборудования. Работы должны выполняться опытными, подготовленными специалистами.

Если необходима независимая проверка, следует обращаться в организацию, внесенную в Реестр испытательных лабораторий. Заключение, полученное из такого исследовательского центра, имеет официальную силу, в отличие от результатов проверок несертифицированных лабораторий.

Паразитологический

Паразитологический анализ — это специализированная проверка на присутствие в пробе:

1. следов жизнедеятельности или личинок гельминтов;
2. колиформных бактерий;
3. других опасных микроорганизмов.

Анализы производятся методом тонкой фильтрации пробы и определения количества вредных микроорганизмов в составе фильтрата.

Отдельные проверки такого типа делаются только в случае регистрации повышенного числа заболеваний гельминтозом, появления избыточного количества кишечных или кожных паразитов. Для исследований используются методики, соответствующие особенностям того или иного вида возбудителей.

Санитарно-вирусный

Это общее наименование комплексных исследований, регулируемых требованиями СанПиН.

В составе проверки числятся:

• методы определения эпидемиологической опасности проб;
• различные способы концентрации вирусов;
• определение и количественная оценка обнаруженных вирусов.

Проверки подобного типа производятся в плановом порядке или выполняются в связи с усложнившейся обстановкой.

Используются различные методики выполнения анализов, необходимые для выявления того или иного вида вирусов. Как правило, обработке подвергается питьевая вода и вода из открытых природных источников, водоемов, колодцев.

Методы для тестирования воды разного качества

Методики, применяемые для исследований воды, выбираются исходя из типа источника. Это позволяет производить обработку с учетом:

• происхождения воды,
• наличия подготовки,
• предварительной очистки,
• прочих факторов.

Рассмотрим наиболее распространенные виды источников.

Природных

Вода из природных источников богата растворенными минералами, газами, органическими и неорганическими соединениями. Исследование производится путем взятия пробы, максимально быстрой доставки ее в лабораторию.

Иногда, чтобы не создавать условий для искажения результатов, исследования производятся в полевых условиях, с помощью экспресс-тестов.

Первичная проверка состоит из:

1. определения органолептических показателей (цвет, запах, степень прозрачности, вкус),
2. общей минерализации воды,
3. наличия взвешенных частиц,
4. кислотности и т.п.

Природные источники, расположенные в регионах с большими запасами определенных ископаемых, химических веществ, дополнительно проверяют на содержание этих компонентов.

Питьевых

Питьевые источники можно условно разделить на 3 группы:

Водопровод. Анализ воды производят местные СЭС, а также лаборатории Водоканала и других ответственных организаций. Качество воды строго регламентируется нормами ГОСТ и СанПиН, но проверка необходима в любом случае.

Водоподготовка представляет собой сложный многоступенчатый процесс, на каждой стадии возможны контакты с различными загрязнителями. Кроме этого, необходим санитарно-эпидемиологический контроль, особенно важный в южных регионах.
Скважина. Питьевые скважины относят к условно закрытым источникам воды. Однако они не являются полностью защищенными от возможного проникновения примесей извне. Кроме этого, постоянные изменения состояния подземных водоносных горизонтов требуют периодической проверки состава воды.

Необходимо отслеживать динамику происходящих изменений, появление новых компонентов, увеличение или уменьшение концентрации тех или иных элементов. Как правило, первую проверку (после ввода в эксплуатацию скважины) проводят по всем позициям СанПиН, а потом делают ежегодный анализ основных показателей — pH, минерализация, наличие органических, неорганических соединений.

Колодец. Это открытый источник воды, поэтому для него необходимы регулярные проверки качества и состава. Помимо физико-химических показателей и органолептики, определяют микробиологический фон воды, выполняют исследования на присутствие опасной микрофлоры.

Подробная статья об анализе питьевой воды, а также о правилах ее забора читайте в этой статье, а информация о стоимости анализов здесь.

Сточных

Проверка сточной воды производится для того, чтобы получить информацию относительно разных аспектов эксплуатации сетей:

1. Определение количества, качества загрязнений, присутствующих в бытовых стоках. Это позволяет выбирать и корректировать технологию очистки.
2. Проверка после очистки, для определения эффективности обработки.
3. Анализы ливневых стоков, подлежащих очистке или прямому сбросу в водоем.
4. Проверка состава промышленных стоков, определение присутствия и количества отходов, нефтепродуктов, химических соединений.

Анализы проводятся по разным методикам, соответствующим типу и свойствам примесей. Упор делается на микробиологические и физико-химические показатели. По результатам проверки делается выбор способов очистки, производится коррекция технологии обработки воды.

Более детально об анализе сточных вод читайте здесь, а особенности исследования для предприятия описаны тут.

Из бассейна

Проверка воды из бассейна позволяет определить эффективность водоподготовки, отследить избыточное количество реагентов или дезинфицирующих средств.

Использование обычной водопроводной воды не допускается, так как она быстро зацветет, возникнет повышенный бактериологический фон. Поэтому перед наполнением чаши бассейна выполняется комплексная обработка воды.

Бутилированных

Требования СанПиН к бутилированной воде значительно мягче, чем к обычной водопроводной. Это заставляет производителей или рядовых пользователей проверять качество исходного сырья, состав готового продукта.

Иногда требуется полная проверка состава по всем пунктам СанПиН. Это комплексная проверка по всем направлениям:

1. органолептика;
2. физико-химические методы;
3. бактериологические виды анализов.

Это самая сложная и дорогая проверка, которая выполняется примерно по 80 пунктам.

Чаще выполняется общий тест, дающий информацию о самых основных компонентах:

1. уровне кислотности;
2. минерализации;
3. наличии, составе бактериологических компонентов.

Детальный разбор специфики анализа бутилированной воды здесь.

Заключение

Методы анализа воды выбираются исходя из направления исследований, свойств, примесей и задач текущей проверки. Иногда требуется обнаружить и определить количество какого-либо конкретного элемента.

Чаще делается общий анализ основных позиций СанПиН, дающий представление о пригодности воды для использования в питьевых или технических целях. Все исследования должны производиться в специализированных лабораториях, внесенных в реестр, обладающих необходимым набором оборудования.

Это позволит получить достоверную, точную информацию о составе воды, рекомендации о способах очистки.

Источник