К вопросу об использовании интегральных показателей в контроле качества водных сред

№7-1,

Биологические науки

Обобщенный показатель качества вод - находимая непосредственным измерением количественная характеристика свойства воды, важного для оценки ее качества и обусловленного совместным влиянием содержащихся в воде компонентов. Такими свойствами могут быть масса органических веществ, масса неорганических веществ, окисляемость, скорость потребления кислорода при данном окислительно-восстановительном потенциале, биоэффекты [1]. Полную характеристику качества воды может дать только система на основе нескольких различных по природе и смыслу показателей. В такую систему могут войти окисляемость, содержание растворенного органического углерода, жесткость воды, общее содержание азота, общее содержание фосфора, буферная емкость (кислотность и щелочность), окислительно-восстановительный потенциал, несколько биотестов.

Похожие материалы

Обобщенный показатель качества вод — находимая непосредственным измерением количественная характеристика свойства воды, важного для оценки ее качества и обусловленного совместным влиянием содержащихся в воде компонентов. Такими свойствами могут быть масса органических веществ, масса неорганических веществ, окисляемость, скорость потребления кислорода при данном окислительно-восстановительном потенциале, биоэффекты [1]. Полную характеристику качества воды может дать только система на основе нескольких различных по природе и смыслу показателей. В такую систему могут войти окисляемость, содержание растворенного органического углерода, жесткость воды, общее содержание азота, общее содержание фосфора, буферная емкость (кислотность и щелочность), окислительно-восстановительный потенциал, несколько биотестов.

Интегральные показатели можно определять любыми аналитическими методами и средствами. С одной стороны, для этого можно использовать обычные инструментальные методы, такие, как спектрофотометрия в видимой и УФ-областях, флуориметрия, атомно-спектрометрические, хроматографические и электрохимические. С другой стороны, привлекать множество простых и экспрессных аналитических средств, таких, как химические сенсоры, анализаторы, тест-средства, разные системы внелабораторного анализа.

Разработка системы обобщенных показателей предусматривает решение ряда задач: выявление показателей, важных для того или иного вида водопользования, их смысловое значение, выбор и установление размерности этих показателей, создание методик их определения. Особо следует подчеркнуть, что обобщенный показатель качества воды должен обладать свойством интерпретируемости применительно к оценке качества воды, т.е. иметь вполне однозначно трактуемое смысловое содержание. В ряде случаев полезными оказываются вторичные показатели. Это такие обобщенные показатели, непосредственная интерпретация которых для оценки качества вод затруднительна, но их величина, в определенных строго регламентируемых условиях, удовлетворительно коррелирует с величиной какого-либо основного обобщенного показателя. Таким вспомогательным показателем является, например, поглощение в УФ-области спектра или люминесцентное свечение при окислении озоном или под воздействием ультразвука, которые, при сравнительно постоянном компонентном составе объекта, удовлетворительно коррелирует с величинами ХПК и Сорг (содержание органического углерода) [2].

В НИЦ Экологической Безопасности РАН совместно с ЗАО «МЭЛП» создан монитор, предназначенный для непрерывной регистрации общего содержания биогенных и антропогенных органических веществ в природных и очищенных сточных водах. Он может быть использован в системах экологического контроля для раннего выявления аварийных и нелегальных сбросов, для изучения распределения биогенов (трофности) по площади акватории и по длине водотока, для работы в качестве датчика экспресс-анализа вод в стационарных и мобильных лабораториях [3].

В основу действия монитора положен созданный НИЦЭБ РАН новый метод контроля суммарного содержания растворенных в воде органических соединений: регистрация в реальном времени хемилюминесценции, возникающей при озонировании потока пробы воды. Интенсивность хемилюминесценции пропорциональна содержанию растворенных в воде органических соединений, поэтому монитор может быть прокалиброван в единицах «химическое потребление кислорода» — ХПК (мгО/л). Для реакции окисления используется озонированный атмосферный воздух, поэтому монитор не нуждается в заправке реагентами и не производит токсичных отходов анализа.

В таблице 2 приведены выражения некоторых индексов качества, применяемых в экологическом нормировании. Единообразия в построении этих индексов нет — они сложились в рамках различных организаций и ведомств (Росгидромет, ГГО им. Воейкова, РАН).

Таблица 1. Сравнительные характеристики автоматических систем определения органики в воде

Характеристика

АТП-8М

АО «Цвет», Россия

SERES-DCO SERES, Франция

COD Analyzer Yuil Engineering,

Ю. Корея

OSM

НИЦЭБ РАН,

ЗАО МЭЛП», Россия

Диапазон определения ХПК, мгО/л

(3-32000)

(30-700)

(0,1-200)

(0,1-200)

Число анализов в час

(1…2)

(4…6)

1

непрерывная запись

Необходимость в периодической заправке реагентами

есть

есть

есть

нет

Образование токсичных отходов анализа

есть

есть

есть

нет

Масса, кг

36

50

120

7

Результаты расчета созданного в системе Росгидромета индекса загрязненности воды ИЗВ позволяют классифицировать водные объекты по семи градациям, приведенным в таблице 3.

Таким образом, складывается методология аналитической оценки природных объектов, как по их функционированию, так и по степени загрязненности, основанная на обобщенных показателях состояния, объединенных в систему индексов качества.

Таблица 2. Индексы качества в экологическом нормировании

Индекс

Выражение

Обозначение

Индекс загрязненности воды

IZV =\frac{1}{m}\sum_{i=1}^{m}{\frac{C_{i}}{PDK_{i}}}, m=6

PDKi — предельно-допустимая концентрация i-того вещества;

Сi — его концентрация в объекте оценки

Индекс загрязненности атмосферы

IZA =\sum_{i=1}^m\left[ \frac{C_i}{PDK_i} \right]^{p_i}, m=(3…6)

Значения pi=1,7; 1,3; 1,0; 0,9 для веществ классов токсичности I, II, III, IV соответственно

Индекс загрязненности почвы

IZP =\sum_{i=1}^{m}{\frac{C_{i}-C_{\phi _{i}}}{C_{\phi _{i}}}}, m≤6

— фоновая концентрация i-того вещества

Индекс токсичности отходов

ITO =\frac{1}{m^{2}}\sum_{i=1}^{m}{k_{i}}, где k_{i}=\frac{PDK_{i}}{\delta _{i}+C_{i}}, m=3

— растворимость токсичного компонента в воде

Таблица 3. Классы качества воды в зависимости от величин ИЗВ

Безразмерная величина ИЗВ

Классы и характеристика качества воды

< 0,2

I — очень чистая

(0,2…1,0)

II — чистая

(1…2)

III — умеренно загрязненная

(2…4)

IV — загрязненная

(4…6)

V — грязная

(6…10)

VI — очень грязная

> 10

VII — чрезвычайно грязная

Список литературы

  1. Золотов, Ю.А. // Экология и промышленность России. -2006.- №3.- с.38.
  2. Дмитриев, В.В. // Вопросы прикладной экологии. Сб. научных трудов.- СПб.: РГГМУ, 2002.- с.23-30.
  3. Пацовский А.П., Кривцова Г.Б., Воронцов А.М. Исследование сонолюминесценции в потоке водной пробы / Сб. трудов НИЦЭБ РАН по результатам Межрегиональной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы экологической безопасности и устойчивого развития регионов» 15 ноября 2006 г.- СПб.- НИЦЭБ РАН 2006: 118-125 с.