Издательский Центр Аква-Терм
wirbel.ru
hp19-450

Мониторинг качества воды из природных источников

Природными источниками водоснабжения являются поверхностные водные объекты, такие как водоемы, водотоки, природные выходы подземных вод, тающие ледники (Водный кодекс Российской Федерации), а также скважины и прочие водные объекты естественного или техногенного происхождения.  Чтобы вода из перечисленных источников была безвредной, необходим постоянный контроль (мониторинг) ее качества.

Мониторинг качества воды из природных источников (рис. 1) представляет собой систему регулярных наблюдений за гидрологическими, гидрохимическими гидробиологическими показателями состояния воды, а также сбор, передачу и обработку этих данных с целью своевременного выявления, предотвращения и прогнозирования возможных негативных процессов, приводящих к ухудшению качества воды.

Рис. 1. Природный источник воды

 Природный источник воды

Мониторинг признан решать следующие задачи:

- систематическое получение как отдельных, так и усредненных во времени и местонахождении пунктов контроля данных о качестве воды;

- предоставление систематической и экстренной информации, а также  прогнозов изменения гидрохимического режима и качестве воды.

Контроль качества вод из поверхностных водоемов проводится в соответствии с ГОСТ 17.1.3.07-82 «Охрана природы (ССОП). Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков». Кроме того, нормативным документом санитарно-эпидемиологического надзора, в котором приведены требования к источникам централизованного питьевого водоснабжения, является ГОСТ 2761-84 «Источники хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора», актуальны также СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения" и СанПиН 2.1.4.1110-02 «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения».

В основе организации наблюдения и проведения контроля качества воды лежат следующие принципы. Во-первых,  наблюдение должно быть комплексным и систематическим. Во-вторых, должны быть согласованы места осуществления контроля, периодичность и сроки его проведения. В-третьих, должен быть определен перечень параметров качества воды, и согласованы методы определения этих показателей. Для получения объективной информации о реальном состоянии качества воды подход к определению исследуемых параметров должен носить не формальный характер, а полностью отображать состояние водоисточника с учетом физических, химических, биологических и гидрологических показателей. Определение этих параметров необходимо выполнять по утвержденным методикам в регламентируемые сроки и в строго определенных местах отбора проб.

Пункты контроля

Мониторинг поверхностных вод проводится в следующей последовательности. Сначала необходимо выбрать пункт контроля качества воды водного объекта. Обычно пунктом контроля является конкретно определенное место на водном объекте, где производится отбор проб для проведения последующих исследований (рис. 2). Наиболее целесообразно для этой цели выбирать места в районе крупных населенных пунктов, сброса промышленных стоков, предплотинных участков рек, местах пересечения государственной границы РФ, а также в районах нереста промысловых рыб и зимовки водоплавующих птиц.

Рис. 2 Отбор проб воды из природного источника

Отбор проб воды из природного источника

Все пункты контроля за качеством воды подразделяются на 4 категории. К первой категории относятся пункты контроля на крупных и средних поверхностных водоемах и водотоках, имеющих важное значение для промышленности, сельского хозяйства и ЖКХ, которые расположены вблизи крупных населенных пунктов с населением свыше 1 млн. человек. Также к этой категории относятся пункты контроля и наблюдения в местах нереста промысловых рыб и районов организованного сброса промышленных стоков.

Ко второй категории  относятся пункты контроля, расположенные на водоемах и водотоках вблизи населенных пунктов с численностью населения от 500 тыс.  до 1 млн. человек, предплотинных участках рек и местах пересечения Государственной границы РФ, а также местах организованного сброса промышленных стоков и дренажных сточных вод с орошаемых территорий. 

К третьей категории пунктов контроля качества воды относятся места наблюдений неподалеку от населенных пунктов с населением менее 0, 5 млн. человек, в местах сброса стоков небольшой загрязненности, в устьях больших и средних рек с загрязненными притоками.

К последней, четвертой категории относятся пункты наблюдений за качеством воды в водоемах и водотоках, расположенных в государственных заповедниках и национальных парках.

Программа наблюдений

После выбора места для расположения пункта контроля за качеством воды на втором этапе производится выбор программы наблюдения. Эта программа должна учитывать категорию пункта контроля, целевое использование данного водоема и химический состав сбрасываемых стоков. Наблюдения в пунктах контроля может вестись либо по, так называемым, "Обязательной программе", либо по "Сокращенной программе".

Обязательная программа наблюдения за состоянием водоема производится по гидрологическим, гидрохимическим и гидробиологическим показателям.

Гидрологические показатели на всех водоисточниках включают наблюдения за изменением температуры воды, ее цветностью, прозрачностью и запахом. Помимо этого, на водотоках производится наблюдения за расходом воды и скоростью ее течения. В то же время на поверхностных водоемах ведется наблюдения за изменением уровня воды.

Гидрохимические показатели включают уровень рН, удельную электрическую проводимость воды, окислительно-восстановительный потенциал Eh, концентрации катионов Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+,  и анионов Cl -, (SO 4)2-, (H CO3 )2-, (NO 2 ) 2-, ( NO 3 )2-. Также контролируются концентрации наиболее распространенных загрязнений от промышленных и сельскохозяйственных предприятий: нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, пестицидов и тяжелых металлов. К этому же виду показателей относят такие характеристики состояния воды, как химическое потребление кислорода (ХПК) и биологическое потребление кислорода, определенное за 5 суток (БПК 5). 

Гидробиологические показатели объединяют микробиологические параметры состояния воды, общее числа особей фитопланктона и зоопланктона. При микробиологическом исследовании выполняется определение таких показателей, как «Общее количество бактерий» в пробе воды и «Количество сапрофитных бактерий». При проведении наблюдения за различными видами планктона и зообетноса подсчитывается общее количество организмов, общее число видов. Информативными гидробиологическими показателями являются также: «Общая биомасса», с разбивкой по отдельным видам, и изучение процессов фотосинтеза и распада органических веществ.  

Сокращенная программа (ПС) наблюдений может выполняться по трем регламентам, обозначаемых как ПС1, ПС2 и ПС3. Они подразумевают наблюдение за меньшим перечнем параметров, чем при наблюдениях по обязательной программе. Наблюдения по ПС ведутся в промежутках между наблюдениями по обязательной программе.

Так, ПС1 состоит из наблюдения за расходом воды в водотоках, контроля за уровнем воды в водоёмах и регистрации температуры воды, её удельной электропроводности и концентрации растворённого кислорода. В отличие от ПС 1 при выполнении ПС2 дополнительно ведутся наблюдения за значениями уровня рН, содержанием взвешенных веществ, показателя БПК 5 и концентрациями 2-3 видов примесей, характеризующих наибольшим образом состояние данного водного объекта. Во время осуществления ПС3 дополнительно к контролируемым показателям в ПС2 осуществляется контроль по всем видам примесей, присутствующим в данных пробах воды. В плане проведения гидробиологических наблюдений все виды ПС предусматривают только наблюдения за различными видами планктона и зообентоса.

Периодичность и сроки проведения наблюдений

Наблюдения за состоянием воды по обязательной программе проводятся 7 раз в год в основные фазы водного режима. Весной - это половодье. Измерения состояние качества воды проводится в начале половодья, на пике подъема воды и на спаде. Летом- в межень, то есть при самом низком уровне воды в водоеме, который обычно наблюдается в межпаводковый период, когда водные объекты питаются преимущественно грунтовыми водами. Измерения в летнюю межень проводятся дважды. Осенью состояния воды определяют перед ледоставом, а зимой в зимнюю межень (рис. 3), которая также характеризуется низким уровнем воды в водоеме. 

Рис. 3 Отбор проб воды из поверхностного водного объекта зимой с помощью батометра

Отбор проб воды из поверхностного водного объекта зимой с помощью батометра

Установление створов

«Створ» – понятие, введенное экологами для конкретизации место отбора проб в объеме водной массы. Оно подразумевает условную вертикальную поперечную плоскость, проходящую через водный объект. На этом сечении водоема или водотока и выбирается место для отбора пробы воды. Для определения этой точки на плоскости сечения применяются вертикальные и горизонтальные значения координат.  Вертикаль створа – это условная отвесная линия от поверхности воды или льда до дна водного объекта. Каждая точка на этой вертикали характеризуется глубиной, называемой «горизонтом створа». Число вертикалей в створе зависит от типа водного объекта и степени загрязненности воды. Для водотоков с неоднородным химическим составом воды намечают 3 вертикали. По одной на расстоянии 3-5 м от левого и правого берега, а третья вертикаль фиксируют место на фарватере. На водотоках с однородным химическим составом воды оказывается вполне достаточно только одной вертикали, расположенной на фарватере. На каждой такой вертикали выбирается несколько горизонтов, число которых зависит от глубины обследуемого водного объекта.

Число створов, приходящихся на пункт контроля может быть различным. Это может быть только один створ или несколько. Только один створ в пункте контроля можно устанавливать на водных объекта, где отсутствует организованный сброс сточных вод, а также на предплотинных участках рек и местах пересечения государственной границы РФ.

На водных объектах с интенсивным водообменом и стоком загрязнителей значительного объема, устанавливается, как минимум, три створа. Один створ располагают выше по течению от источника загрязнения примерно на расстояние около 1 км. Показатели качества воды, полученные на этом створе, считаются фоновыми, и учитываются при сравнении с параметрами, определёнными в створах, размещенных ниже по течению. Обычно ниже по течению устанавливают не менее двух створов.   Расположение для нижних створов выбирают таким образом, чтобы в этих местах происходило интенсивное, не менее 80 %,  смешение стоков с основным потоком водного объекта.

На водоемах с низким водообменом обычно устанавливают не менее четырех створов. Первый, фоновый располагается выше источника загрязнения, второй - в месте сброса сточных вод, третий должен быть размещён на расстоянии не менее 500 м от второго. Четвёртый же створ целесообразно устанавливать за границей зоны загрязнения.  В случае, если источников сброса вредных стоков несколько, то между ними следует устанавливать дополнительные створы, чтобы оценить вклад каждого в общую картину осквернения водного объекта.

Также створы используются при определении скорости течения водотока и глубины водного объекта. При этом часто руководствуются сводом правил СП 11-104-97 «Инженерно-геодезические изыскания для строительства. Часть III. Инженерно-гидрографические работы при инженерных изысканиях для строительства», в котором подробно описано как правильно проводить промерочные работы и с помощью каких приборов.

Отбор проб воды и донных отложений

Для наиболее полной картины состояния воды в водоемах важны не только строго определенные сроки проведения наблюдений, но число отобранных проб, взятых на данном пункте контроля. Максимальное число проб, взятых в каждый период наблюдений равняется 7. Столько проб берётся на водотоках с значительной протяженностью, в которых весеннее половодье длится более месяца. На водотоках с устойчивой летней меженью и слабым осенним подъёмом воды производится отбор 5-6 проб, а на пересыхающих в летний период водоёмах только по 3-4 пробы.

Рис. 4 Батометр Паталаса

Батометр Паталаса

Для отбора проб воды с различных глубин используется в основном два метода: шланговый и батометрический. Шланговый метод осуществляется с помощью насоса. Этот метод сложен в применении, поэтому чаще используется батометрический метод, который осуществляется с помощью специального прибора, называемого батометром (рис. 3, 4, 5). Сущность работы этого прибора заключается в следующем. Резервуар чаще всего цилиндрической формы и  небольшого объема, около 1, 7 л, который с двух концов снабжен открывающимися крышками. Этот прибор на тросе опускается в воду на определенную глубину. Спуск на глубину происходит в открытом состоянии, то есть при спуске вода без задержки из-за возникающих завихрений должна свободно проходить через цилиндр.

Рис. 5 Батометр Нискина

Батометр Нискина

На требуемой глубине срабатывает спусковое устройство, закрывающее оба клапана батометра. Известно много конструкций батометров, использующих различные способы закрывания клапанов. Один из старейших батометров был сконструирован ещё в 1500 году на основе переворачивающейся  простой бутылки. В более поздних конструкциях батометры свободно пропускали воду через себя при спуске,  а клапаны закрывались при подъёме из-за сопротивления воде. В некоторых современных моделях механизм закрытия клапана срабатывает от падения специального грузика, скользящего по крепёжному тросу.

Рис. 6 Ковшовый дночерпатель Петерсена: I – открытый; II – закрытый. 1 – ковши, 2 – ось, 3 – замыкающий тросик, 4 – замыкающее приспособление, 5 – окна, 6 – чугунный груз, 7 – цепь, 8 – рабочий трос

Ковшовый дночерпатель Петерсена

Для взятия проб донных отложений применяют щупы или дночерпатели (рис. 6). В настоящее время чаще всего используются двухстворчатые дночерпатели по типу грейфера, которые закрываются при ударе о дно опускаемого прибора, или при помощи посыльного, груза, скользящего по крепежному тросу вниз (рис. 7). Эти модели дночепателей собирают верхний слой донных отложений с площади равной 1/40 м 2. 

Рис. 7 Отбор пробы донных отложений с помощью дночерпателя

Отбор пробы донных отложений с помощью дночерпателя

Анализ отобранных проб

Отобранные пробы воды и донных отложений в дальнейшем подвергаются химическому и биологическому исследованию. Анализ проб по химическим показателям осуществляется в лабораториях (рис. 8), либо на месте с использованием анализаторов. В лабораториях для оценки состояния воды обычно используют рН-метры, позволяющие определять ее кислотность.

Рис. 8 Анализ проб на качество воды в лабораторных условиях

Анализ проб на качество воды в лабораторных условиях

Для изучения химического состава примесей широко применяются  приборы, действие которых основано на различных контактных методах. Так, для определения химического и биологического потребления кислорода используется метод титрования. Для установления концентрации сульфатов или сульфитов применяется ионная хроматография. Электрохимические методы позволяют оценивать изменение концентрации в воде растворённого кислорода. В то же время метод газовой хроматографии позволяет установить концентрации широкого круга примесей, находящихся в воде. Довольно часто применяются и оптические, и в частности, фотометрические и колориметрические методы (рис. 9), которые позволяют определять цветность воды, ее прозрачность, а также ряд других растворимых загрязнений.

Рис. 9 Визуальный колориметр для определения цветности воды по шкале Ловибонда  

Визуальный колориметр для определения цветности воды по шкале Ловибонда

  Автоматические анализаторы позволяют в автоматическом режиме проводить анализ воды сразу по нескольким параметрам ее состояния. Например, автоматические станции контроля качества воды могут одновременно измерять до 10 и более ее характеристик. Такие передвижные автоматические станции контроля качества воды, выпускаемые отечественной промышленностью, используются для анализа на многих водных объектах.  Они измеряют концентрацию растворенного в воде кислорода в пределах до 0,025 кг/м3, электропроводность воды (10 -4  - 10 -2  Ом / см), водородный показатель рН (от 4 до 10), температуру (от 0 до 40°С), глубину водоёма (от 0 до 12 м) и содержание взвешенных веществ (от 0 до 2 кг/м 3 ).

В процессе определения гидробиологических показателей качества воды также применяется набор специализированных методов.

При исследовании фитопланктона пробу воды подвергают фильтрации под вакуумом через мелкопористые мембраны, а затем подсчитывают количество различных особей, которые были задержаны фильтром. Для сгущения фитопланктона обычно применяют сначала фильтры с диаметром пор 2-5 мкм,  а затем 1, 2 мкм.  В качестве фильтров обычно используют ультрафильтрационные мембраны. Мембранная фильтрация проб воды в гидробиологии получило широкое распространение потому, что этот метод сгущения дает возможность просматривать фитопланктон в живом состоянии. Подсчет особей в сгущенном фитопланктоне  производят вручную с помощью микроскопа и иллюстрированного каталога, который помогает определять виды особей.

При исследовании зообентоса для отбора образцов используют планктонные сети и планктоночерпатели. В пресноводной гидробиологии под «зообентосом» понимают совокупность организмов, обитающих в грунте дна континентальных водоемов и водотоков. Для мониторинга водного объекта устанавливается численность и биомасса гидробионтов. Численность в отобранных пробах воды определяют с помощью каталогов определителей и микроскопов. Биомассу же определяют при помощи мембранных фильтров. В этом случае размер пор мембранного фильтра должен быть меньше величины частиц, биомассу которых определяют. Фильтрацию проводят под вакууммом, а мембранный фильтр помещают на пористый держатель. Полученный таким образом осадок несколько раз промывают чистой водой, а затем сушат до постоянного веса. На основе полученных данных определяют такие показатели качества воды в природном водном объекте, как «Средняя масса одного организма», Индекс видового разнообразия Шеннона и «Видовое обилие».  Также весьма показательным при мониторинге природного водоема является сопоставление продукционных и деструкционных характеристик водных экосистем, которое позволяет выявить динамику и соотношение между этими обоими процессами. 

Статья из журнала "Аква-Терм" №3/2019




Поделиться:

Опубликовано: 07 июня 2019 г.

вернуться назад

mohlenhoff.pro
вестер
котлы-горелки 19