МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СОСТОЯНИЯ И КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД
(1 час)
Мониторинговые наблюдения показали степень загрязнения водных объектов. Ежегодно в поверхностные воды сбрасывается более 50 км3 сточных вод. В 2003 году в поверхностные водные объекты страны поступило 52 км3 сточных вод (2002 г. — 56 км3, из которых 36 % сбрасываются загрязненными, 59 % — нормативно чистыми и только 4 % — нормативно очищенные сточные воды). Объемы загрязненных сточных вод, поступающих в водные объекты страны, распределяются среди предприятий и производственных объектов следующим образом: жилищно-коммунальное хозяйство (62%); различные отрасли промышленности (31 %); сельское хозяйство (6%). Отмечается, что в последние годы сброс загрязняющих веществ в водные объекты снижается. До 2000 года это происходило из-за спада производства, позже — за счет принятия в ряде областей (Ростовской, Томской, Тульской, Мурманской, Астраханской) водоохранных мер. Темпы снижения сброса загрязненных вод в 2003 году достигли максимального значения — 5%.
Анализ качества поверхностных вод на территории Российской Федерации показывает превышение нормативного содержания нефтепродуктов, фенолов, легкоокисляемых органических соединений, соединений тяжелых металлов, азота, а также специфических загрязняющих веществ — лигнина, ксантогенатов, формальдегида и др.
Отбор проб воды
Погрешность при пробоподготовке и отборе пробы часто определяет общую ошибку определения компонента и делает бессмысленным использование высокоточных методов. В свою очередь отбор и подготовка пробы зависят не только от природы анализируемого объекта, но и от способа измерения аналитического сигнала. Приемы и порядок отбора пробы настолько важны при проведении химического анализа, что обычно предписываются Государственным стандартом.
Место для первичной оценки или отбора пробы выбирается в соответствии с целями анализа и на основании внимательного изучения всей имеющейся предварительной информации, а также натурного исследования местности или контролируемого объекта, причем должны учитываться все обстоятельства, которые могли бы оказать влияние на состав взятой пробы или результат первичной оценки наличия и уровня загрязнения (воздействия). В зависимости от вида анализируемой среды данная процедура имеет некоторые особенности.
При поиске точек отбора проб воды из поверхностных природных источников особенно внимательно надо отслеживать притоки реки и возможные источники загрязнения выше по течению от предполагаемого места первичной оценки ли пробоотбора.
Место выбора проб сточных вод оценивается и выбирается только после подробного ознакомления с технологией производства, потреблением и сбросом воды, местоположением цехов объекта, системой его канализации, назначением и работой отдельных элементов систем очистки.
Створы отбора и оценки проб устанавливают на водоемах примерно в 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория населенного пункта), а на непроточных водоемах и водохранилищах – в 1 км в обе стороны от пункта водопользования.
Обычно принято отбирать пробы воды одного створа в 3 точках (у обоих берегов и в фарватере), но можно и в 1-2 точках (при ограниченных технических возможностях или на небольших водоемах) – в зависимости от характера водопользования и с учетом условий водного режима в данном пункте или распределения сточных вод в водоеме.
При централизованном водоснабжении в населенном пункте пробы воды из водоема можно брать в точке водозабора по глубине и по ширине реки. Для характеристики источника централизованного водоснабжения при существующем водозаборе допускается отбор и первичная оценка проб непосредственно после насосов первого подъема.
Чаще всего на водоеме отбираются так называемые разовые пробы. Однако при обследовании водоема может возникнуть необходимость отбора и серий периодических и регулярных проб — из поверхностного, глубинного, придонного слоев вод и т. д. Пробы могут быть отобраны также из подземных источников, водопровода и т. п. Усредненные данные о составе вод дают смешанные пробы.
В нормативных документах (ГОСТ 24481, ГОСТ 17.1.5.05. ИСО 5667-2 и др.) определены основные правила и рекомендации, которые следует использовать для получения репрезентативных проб. Репрезентативной (от англ. representative – представительный, показательный) считается такая проба, которая в максимальной степени характеризует качество воды по данному показателю, является типичной и не искаженной вследствие концентрационных и других факторов. Различные виды водоемов (водоисточников) обуславливают некоторые особенности отбора проб в каждом случае.
Пробы из рек и водных потоков отбирают для определения качество воды в бассейне реки, пригодности воды для пищевого использования, орошения, для водопоя скота, рыборазведения, купания и водного спорта, установления источников загрязнения.
Для определения влияния места сброса сточных вод и вод притоков, пробы отбирают выше по течению и точке, где произошло полное смешение вод. Следует иметь в виду, что загрязнения могут быть неравномерно распространены по потоку реки, поэтому обычно пробы отбирают в местах максимально бурного течения, где потоки хорошо перемешиваются. Пробоотборники помещают вниз по течению потока, располагая на нужной глубине.
Пробы из природных и искусственных озер (прудов). Учитывая длительность существования озер, на первый план выступает мониторинг качества воды в течение длительного периода времени – несколько лет, а также установление последствий антропогенных загрязнений воды (мониторинг ее состава и свойств). Качество воды в водоемах (как озерах, так и реках) носит циклический характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине; ежедневные пробы следует отбирать в одно и тоже время суток, а продолжительность сезонных исследований должны быть не менее 1 года, включая исследования серий проб, отобранных в течение каждого времени года.
Пробы влажных осадков (дождя и снега) чрезвычайно чувствительны к загрязнениям, которые могут возникнуть при использовании недостаточно чистой посуды, попадании инородных (не атмосферного происхождения) частиц и др. Считается, что пробы влажных осадков не следует отбирать вблизи источников значительных загрязнений атмосферы — например, котельных или ТЭЦ, открытых складов материалов и удобрений, транспортных узлов и др. В подобных случаях проба будет испытывать значительное влияние указанных локальных источников антропогенных загрязнений.
Образцы осадков собирают в специальные емкости, приготовленные из нейтральных материалов. Дождевая вода собирается при помощи воронки (диаметром не менее 20 см) в мерный цилиндр (или непосредственно в ведро).
Отбор проб снега обычно проводят, вырезая керны на всю глубину (до земли), причем делать это целесообразно в конце периода обильных снегопадов (в начале марта).
Пробы грунтовых вод отбирают для определения пригодности грунтовых вод в качестве источника питьевой воды, а также для технических или сельскохозяйственных целей; для определения влияния на качество грунтовых вод потенциально опасных хозяйственных объектов; при проведении мониторинга загрязнителей грунтовых вод.
Грунтовые воды изучают, отбирая пробы из артезианских скважин, колодцев, родников. Следует иметь в виду, что качество воды в различных водоносных горизонтах может значительно различаться, поэтому при отборе пробы грунтовых вод следует оценить доступными способами глубину горизонта, из которого отобрана проба, возможные градиенты подземных потоков, информацию о составе подземных пород, через которые пролегает горизонт. Поскольку в точке отбора пробы могут создаться концентрации различных примесей, отличные от их концентраций в водоносном слое, необходимо откачивать из скважины (или из родника, делая в нем углубление) воду в количестве, достаточном для обновления воды в скважине, водопроводе, углублении и т. п.
Посуда для отбора проб должна быть чистой. Чистота посуды обеспечивается предварительным мытьем ее горячей мыльной водой (стиральные порошки и хромовую смесь не использовать!), многократным споласкиванием чистой теплой водой. В дальнейшем для отбора проб желательно использовать одну и ту же посуду. Сосуды, предназначенные для отбора проб, предварительно тщательно моют, ополаскивают не менее трех раз отбираемой водой и закупоривают стеклянными или пластмассовыми пробками, прокипяченными в дистиллированной воде. Между пробкой и отобранной пробой в сосуде оставляют воздух объемом 5-10 мл. В общую посуду отбирают пробу на анализ только тех компонентов, которые имеют одинаковые условия консервации и хранения.
Средства контроля водных объектов
В числе универсальных приборов лабораторного анализа, допущенных к применению при выполнении работ в области контроля загрязнений водных объектов (РД 52.18.595-96), находятся:
- фотометры и спектрофотометры - около 35 % (40 методик), хроматографы - около 20 % (30 методик), атомно-адсорбционные спектрометры - около 10 % (12 методик), электрохимические - около 10 % (9 методик), турбидиметрические около 8 % (9 методик), ИК-спектрометры - около 3,5 % (4 методик), хромато-масс-спектрометры около 2,5 % (3 методики), денситометры около 2,5 % (3 методики), флуориметры и весовые приборы по 1,5 % (по 2 методики), остальные менее 1 %.
Как и в предыдущем случае, тройку «лидеров»составляют те же три типа приборов, позволяющие решать примерно 65 % всех экоаналитических задач водного контроля.
Далее, как и при анализе воздуха, попробуем определить минимальный перечень приоритетных загрязняющих веществ в водной среде и кратко охарактеризуем наиболее часто применяемые для этих целей средства экоаналитического контроля.
Наибольшее количество загрязняющих веществ указывается в гигиенических нормативах "ПДК вредных веществ в воде водных объектов хозяйственного-питьевого и культурно-бытового водопользования - 1370 веществ, из которых примерно к 690 веществам установлены гигиенические требования к качеству питьевой воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Кроме того, еще около 400 веществ имеют ориентировочно допустимые уровни (ОДУ). Итого - не менее 1770 гигиенически нормируемых в воде веществ.
Немногим меньше «Обобщенный перечень ПДК вредных веществ в воде водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей», включающий вместе с ядохимикатами (156) примерно 1240 веществ. Еще около 180 ядохимикатов имеют «Ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) в воде рыбохозяйственных водоемов». В сумме около 1240 веществ.
Более реалистичным (с точки зрения контроля) представляется перечень веществ, для которых установлены базовые нормативы платы за сбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду (около 200). Существуют и еще более короткие перечни, прежде всего по отношению к питьевой воде: ГОСТ Р 51232-98. «Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества» содержит около 50 показателей загрязнения, МУ 2.1.4.682-97. «Питьевая вода и водоснабжение населенных мест». Методические указания по внедрению и применению Санитарных правил и норм СанПин 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» - в соответствии с этим документом число более распространенных в питьевой воде веществ составляет примерно 70.
В Европейском союзе также существует перечень загрязняющих веществ, включающий около 130 веществ (приоритетных для контроля). Совмещение вышеуказанных перечней позволяет сформулировать оптимальный список приоритетных для экологического мониторинга вод загрязняющих веществ, включающий 138 показателей, приоритетных для контроля вод, которые составляют чуть более 70 % от общего их числа, приведенного в перечне химических соединений, которые анализируют с помощью более чем 330 методик выполнения измерений, допущенных в РФ при количественном химическом анализе поверхностных вод суши, очищенных сточных вод и морской воды в соответствии с РД 52.18.595-96.
В число оставшихся веществ, охваченных последним документом, входят:
- органические соединения (азот органический, акролеин, гептил, капролактам, карбоновые кислоты, ксантогенаты, нитрилы, смолистые вещества, циклогексан и многие пестициды, не вошедшие в перечень), неорганические вещества (асбест, бораты, гидрокарбонаты, соединения угольной кислоты, оставшиеся тяжелые и иные металлы и др.), некоторые обобщенные и другие физико-химические показатели (общая кислотность, удельная электропроводность).
Как и для примесей в атмосферном воздухе, для веществ, загрязняющих воду, установлено раздельное нормирование качества воды, хотя принцип разделения здесь связан с приоритетным назначением водного объекта, т. е. с категориями водопользования.
вода питьевая, хозяйственно – бытовое водопользование, культурно – бытовое водопользование, рыбохозяйственное водопользование.1. Вода питьевая – вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсичных химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения.
2. Хозяйственно – бытовое водопользование – использование водных объектов в качестве источника хозяйственно – питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности.
3. Культурно – бытовое водопользование – использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения.
ПДК – максимальные концентрации, при которых вещества не оказывают прямого влияния на состояние здоровья населения (при воздействии на организм в течение всей жизни) и не ухудшают гигиенические условия водопользования.
Лимитирующий признак вредности вещества в воде – признак, характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества в воде.
4 класса опасности, характеризующих степень опасности для человека:
- 1 класс – чрезвычайно опасные, 2 класс – высокоопасные, 3 класс – опасные, 4 класс – умеренно опасные.
Класс опасности веществ необходимо учитывать при выборе соединений, подлежащих первоочередному контролю и при установлении очередности в разработке чувствительных методов аналитического определения веществ в воде.
К рыбохозяйственному водопользованию относится использование водных объектов для обитания, размножения и миграции рыб и других водных организмов.
Для этих объектов:
ПДК – максимальная концентрация, при которой вещества не оказывают прямо или косвенно вредного воздействия на рыб и водные организмы, служащие кормовой базой для рыб.
ОБУВ – ориентировочно–безопасный уровень воздействия вредных веществ – временный рыбохозяйсвенный норматив, необходимый для решения вопроса о допустимости использования того или иного препарата в народном хозяйстве и установлении допустимого уровня содержания его в воде рыбохозяйственного водоема.
Некоторые вещества являются вредными в сравнительно высоких концентрациях при контактном воздействии или воздействии на органы чувств. И поэтому их ПДК в водных объектах первой категории имеют высокие значения. Однако в водных объектах рыбохозяйственного водопользования они оказываются токсичными для ихтиофауны, и здесь на первое место выдвигается и токсичное действие. Соответственно ПДК на эти вещества ужесточаются. (Например, ПДК для NH3 2 мг/л и 0,05 мг/л – в 40 раз ниже).
Есть вещества малотоксичные, но обладающие резким стойким запахом, например, нефтепродукты. В водных объектах первой категории преимущественное значение имеет запах. И поэтому в основе ограничения лежат органолептические свойства воды, загрязненной этими продуктами. (ПДК = 0,3 мг/л).
Однако ткани рыб, обитающих в водоемах рыбохозяйственного назначения, приобретают резкий запах, и кроме того нефть губительна для икры, молоди рыб, поэтому в них присутствие нефти лимитируется прежде всего по рыбохозяйственному показателю и ПДК снижается до 0,05 мг/л.
