ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД
Задание
1) Определить общесанитарный индекс качества воды (ИКВ).
Общесанитарныйиндекс качества воды рассчитывается по формуле:
приусловии∑gi = 1(1)
где gi – вес показателя, входящего в общесанитарный ИКВ (таб.1); wi – баллы от 1 до 5 (таб.1), присваиваемые каждому показателю, входящему в общесанитарный ИКВ; р – показатели, входящие в общесанитарный ИКВ.
2) Определить гидрохимический показатель загрязнения воды (ИЗВ).
Гидрохимический ИЗВ является аддитивным показателем и представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго лимитированному числу индивидуальных ингредиентов и вычисляется по формуле:
(2)
где n – число показателей, используемых для расчета индекса; Сi – концентрация химического вещества в воде, мг/л; ПДКi – предельно допустимая концентрация вещества в воде, мг/л.
Учитывая, что показатель биохимического потребления кислорода (БПК5) является интегральным показателем наличия легкоокисляемых органических веществ (ПДК для БПКполн − 3 мг О2/л), а также то, что с увеличением содержания легкоокисляемых органических веществ (уменьшением содержания растворенного кислорода) качество вод снижается более резко, ПДК для этих показателей принимается по табл. 2.
Внимание! Для кислорода находится отношение ПДКi к Ci.
3) Определить экологическое состояние водоема с помощью интегрального индекса экологического состояния (ИИЭС).
Интегральный индекс экологического состояния (ИИЭС), вычисляется по формуле:
(3)
где nb – количество показателей, используемых для расчета индекса; в данной работе используется четыре показателя, nb = 4; bi – баллы от 1 до 4, присвоенные каждому показателю в соответствии с табл. 4.
4) Определить экологическое состояние и пригодность водоема для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд.
Таблица 1
Показатели для расчета общесанитарного индекса качества воды (ИКВ)
| Показатели | Вес (g) | Балл (w) | ||||
| Коли-индекс | 0,18 | 0 – 100 | 101 – 1000 | 103 – 105 | 105 – 107 | > 107 |
| Запах, баллы | 0,13 | 1 – 2 | ||||
| БПК5, мг О2/л | 0,12 | < 1 | 1,0 – 2,0 | 2,1 – 4,0 | 4,1 – 10,0 | > 10 |
| рН | 0,10 | 6,5 < рН £ 8,0 | 6,0 < рН £ 6,5 8,0 < рН £ 8,5 | 5,0 < рН £ 6,0 8,5 < рН £ 9,5 | 4,0 £ рН £ 5,0 9,5 < рН £ 10 | рН < 4,0 рН > 10 |
| Растворенный кислород, мг О2/л | 0,09 | > 8 | 8 – 6 | 6 – 4 | 4 – 2 | < 2 |
| Цветность, град | 0,09 | < 20 | 21 – 30 | 31 – 40 | 41 – 50 | > 50 |
| Взвешенные вещества, мг/л | 0,08 | < 10 | 10 – 20 | 21 – 50 | 51 – 100 | > 100 |
| Общая минерализация, мг/л | 0,08 | < 500 | 500 – 1000 | 1001 – 1500 | 1501 – 2000 | > 2000 |
| Хлориды, мг/л | 0,07 | < 200 | 200 – 350 | 351 – 500 | 501 – 700 | > 700 |
| Сульфаты, мг/л | 0,06 | < 250 | 250 – 500 | 501 – 700 | 701 – 1000 | > 1000 |
Таблица 2
Нормативные величины БПК5 и растворенного кислорода
| Потребление кислорода (БПК5) | Величина мг О2/л принимается за ПДК |
| До 3 мг О2/л включительно Более 3 до 15мг О2/л Свыше 15 мг О2/л | |
| Для растворенного кислорода при содержании, мг/л | Величина мг О2/л, принимается за норматив |
| Свыше 6 Менее 6 до 5 Менее 5 до 4 Менее 4 до 3 Менее 3 до 2 Менее 2 до 1 Менее 1 до 0 |
Таблица 3
Предельно допустимые концентрации и класс опасности катионов металлов в воде
| Показатель | Металлы | ||||||||
| Al3+ | As3+ | Cu2+ | Fe3+ | Hg2+ | Mn2+ | Ni2+ | Pb2+ | Zn2+ | |
| ПДКв, мг/л | 0,5 | 0,05 | 0,3 | 0,0005 | 0,1 | 0,1 | 0,3 | ||
| Класс опасности |
Таблица 4
Градации показателей для вычисления балльной оценки
| № | Показатель | Балл (b) | |||
| 1. | ПДКв, мг/л | < 0,01 | 0,01…0,1 | 0,11…1 | > 1 |
| 2. | Класс опасности в воде | ||||
| 3. | ИКВ, баллы | < 1,6 | 1,6…2,5 | 2,6…4 | > 4 |
| 4. | ИЗВ, баллы | > 4,0 | 2,1…4,0 | 1,0…2,0 | < 1 |
Таблица 5
Классификация качества воды водоемов в зависимости от общесанитарного индекса качества воды (ИКВ)
| Качественное состояние воды | Значения ИКВ | Класс качества воды |
| Очень чистые | 5,0 | |
| Чистые | 4,1…4,9 | |
| Умеренно загрязненные | 2,6…4,0 | |
| Загрязненные | 1,6…2,5 | |
| Грязные | £ 1,5 |
Таблица 6
Классификация качества и возможности использования воды в водоемах
различного вида водопользования
| Классы качества вод (по ИКВ) | Качественное состояние воды | Водопользование | |
| хозяйственно-питьевое | культурно-бытовое | ||
| Очень чистые | Пригодна с обеззараживанием | Вполне пригодна | |
| Чистые | Пригодна с хлорированием | Вполне пригодна | |
| Умеренно загрязненные | Пригодна со стандартной очисткой | Пригодна | |
| Загрязненные | Пригодна только со специальной очисткой в случае технико-экономической целесообразности | Использование сомнительно | |
| Грязные | Непригодна | Непригодна | |
| Очень грязные | Непригодна | Непригодна | |
| Чрезвычайно грязные | Непригодна | Непригодна |
Таблица 7
Классификация качества воды водоемов в зависимости от комплексного ИЗВ
| Качественное состояние воды | Значения ИЗВ | Класс качества воды |
| Очень чистые | < 0,2 | |
| Чистые | 0,2 – <1,0 | |
| Умеренно загрязненные | 1,0 – <2,0 | |
| Загрязненные | 2,0 – 4<,0 | |
| Грязные | 4,0 – <6,0 | |
| Очень грязные | 6,0 – <10,0 | |
| Чрезвычайно грязные | ≥ 10,0 |
Таблица 8
Классификация водных объектов в зависимости от значения индекса ИИЭС
| Класс качества водного объекта | Уровни нарушения | Экологическое состояние | Диапазон ИИЭС |
| I | Б | Экологическое бедствие | ≤ 1,69 |
| II | К | Экологический кризис | 1,70…2,39 |
| III | Р | Напряженная экологическая ситуация | 2,40…2,99 |
| IV | Н | Относительное экологическое благополучие | ≥ 3,0 |
Задание к работе
Река Т. используется по многоцелевому назначению. На различных участках реки вода используется для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд населения. Загрязнение воды может быть от недостаточно очищенных сбросов сточных вод различных предприятий, а также от смыва с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты.
В табл. 9 и 10 приведены данные химического анализа воды (по вариантам) по результатам мониторинга. В табл. 1-4 приведены справочные данные для определения величин индексов (ИКВ, ИЗВ, ИИЭС). В табл. 5-8 приведены классификации качества воды.
Таблица 9
Данные для расчета общесанитарного индекса качества воды
| № вар | Показатели | |||||||||
| Коли- индекс | Запах, баллы | БПК5, мг О2/л | рН | Растворенный кислород, мг/л | Цвет-ность, град | Взвешенные вещества, мг/л | Общая минерализация, мг/л | Хлориды, мг/л | Сульфаты, мг/л | |
| 108 | 1,5 | 7,2 | ||||||||
| 107 | 9,4 | |||||||||
| 1888 8,3 | ||||||||||
| 3,5 | ||||||||||
| 10 | 5,2 | |||||||||
| 7,1 | ||||||||||
| 106 | 9,8 | |||||||||
| 106 | 1,5 | 1,5 | ||||||||
| 1,5 | 3,4 | |||||||||
| 0,5 | 5,5 | |||||||||
| 7,6 | ||||||||||
| 105 | 9,1 | |||||||||
| 108 | 1,8 | |||||||||
| 3,6 | ||||||||||
| 1,5 | 5,4 |
Таблица 10
Результаты химического анализа воды по содержанию в ней катионов токсичных металлов
| № вар | Концентрация С, мг/л | ||||||||
| Al3+ | As3+ | Cu2+ | Fe3+ | Hg2+ | Mn2+ | Ni2+ | Pb2+ | Zn2+ | |
| 0,15 | 0,03 | 2,0 | 0,1 | 0,001 | 0,05 | 0,35 | 0,05 | 0,2 | |
| 0,03 | 0,02 | 1,0 | 0,2 | 0,001 | 0,07 | 0,16 | 0,70 | 0,1 | |
| 0,02 | 0,01 | 0,5 | 0,1 | 0,001 | 0,20 | 0,25 | 0,05 | 1,0 | |
| 0,02 | 0,07 | 0,5 | 0,2 | 0,001 | 0,30 | 0,46 | 0,02 | 2,0 | |
| 0,30 | 0,01 | 2,0 | 0,5 | 0,001 | 0,05 | 0,34 | 0,02 | 0,05 | |
| 0,02 | 0,10 | 0,2 | 0,1 | 0,001 | 0,05 | 0,33 | 0,02 | 0,5 | |
| 0,01 | 0,02 | 0,1 | 0,2 | 0,001 | 0,07 | 0,08 | 0,05 | 7,0 | |
| 0,002 | 0,01 | 0,5 | 0,1 | 0,003 | 0,03 | 0,37 | 0,03 | 2,0 | |
| 0,01 | 0,03 | 2,0 | 2,0 | 0,001 | 0,50 | 0,03 | 0,05 | 0,5 | |
| 0,02 | 0,02 | 0,1 | 0,1 | 0,001 | 0,05 | 0,05 | 0,02 | 0,5 | |
| 0,03 | 0,05 | 1,5 | 0,6 | 0,001 | 0,30 | 0,31 | 0,05 | 1,5 | |
| 0,01 | 0,10 | 1,8 | 0,2 | 0,002 | 0,05 | 0,25 | 0,03 | 1,0 | |
| 0,02 | 0,05 | 0,5 | 0,15 | 0,001 | 0,10 | 0,10 | 0,07 | 0,5 | |
| 0,01 | 0,02 | 0,1 | 0,3 | 0,001 | 0,03 | 0,48 | 0,02 | 1,0 | |
| 0,30 | 0,03 | 0,3 | 1,6 | 0,001 | 0,25 | 0,36 | 0,03 | 0,5 |
Порядок выполнения расчетов
1. Определить общесанитарный индекс качества воды (ИКВ):
1.1. Определить баллы wi, присваиваемые каждому показателю, входящему в общесанитарный индекс качества воды, используя данные таблицы 1.
1.2. Рассчитать общесанитарный ИКВ по формуле (1).
1.3. Результаты расчетов представить в виде таблицы 11.
1.4. Указать качественное состояние воды и степень ее пригодности для представленных видов водопользования, используя данные таблиц 5 и 6.
Таблица 11
Общесанитарный индекс качества воды
| Показатели | Вес (g) | Величина показателя | Балл (w) | g ∙ w |
| Коли-индекс | 0,18 | |||
| Запах, баллы | 0,13 | |||
| БПК5, мг О2/л | 0,12 | |||
| рН | 0,10 | |||
| Растворенный кислород, мг О2/л | 0,09 | |||
| Цветность, град | 0,09 | |||
| Взвешенные вещества, мг/л | 0,08 | |||
| Общая минерализация, мг/л | 0,08 | |||
| Хлориды, мг/л | 0,07 | |||
| Сульфаты, мг/л | 0,06 | |||
| - | ИКВ |
2. Определить индекс загрязнения воды (ИЗВ):
2.1. Рассчитать кратность превышения (С/ПДКв) для указанных веществ.
2.2. Выбрать шесть компонентов для расчета: концентрация растворенного кислорода, значение БПК5, а также значения 4 показателя, имеющих наибольшую кратность превышения.
2.3. Рассчитать ИЗВ для выбранных компонентов по формуле (2).
2.4. Результаты расчетов представить в виде таблицы 12.
2.5. Указать качественное состояние воды и степень ее пригодности для представленных видов водопользования, используя данные таблиц 6 и 7.
Таблица 12
Индекс загрязнения воды
| Металлы | Концентрация С, мг/л | ПДКв, мг/л | С/ПДКв | Участвуют в расчете ИЗВ |
| БПК5, мг О2/л | ||||
| Растворенный кислород, мг/л | ||||
| Al3+ | 0,5 | |||
| As3+ | 0,05 | |||
| Cu2+ | ||||
| Fe3+ | 0,3 | |||
| Hg2+ | 0,0005 | |||
| Mn2+ | 0,1 | |||
| Ni2+ | 0,1 | |||
| Pb2+ | 0,3 | |||
| Zn2+ | ||||
| - | ИЗВ |
3. Определить интегральный индекс экологического состояния (ИИЭС):
3.1. Провести балльную оценку величин ПДКв и класса опасности токсичных веществ, используя данные таблицы 4. Рассчитать среднеарифметические значения баллов. Результаты оформить в виде таблицы 13. Средние значения баллов внести в таблицу 13.
3.2. Провести балльную оценку рассчитанных ранее ИКВ и ИЗВ с помощью табл. 4. Результаты внести в таблицу 13.
3.3. Рассчитать интегральный индекс экологического состояния (ИИЭС) по формуле (3). Результаты внести в таблицу 14
3.4. Сделать вывод об экологическом состоянии водоема (табл. 8) при многоцелевом использовании.
Таблица 13
Балльная оценка ПДКв и класса опасности токсичных веществ
| Металлы | ПДКв, мг/л | Баллы (b) | Класс опасности | Баллы (b) |
| Al3+ | 0,5 | |||
| As3+ | 0,05 | |||
| Cu2+ | ||||
| Fe3+ | 0,3 | |||
| Hg2+ | 0,0005 | |||
| Mn2+ | 0,1 | |||
| Ni2+ | 0,1 | |||
| Pb2+ | 0,3 | |||
| Zn2+ | ||||
| - | Ср. | - | Ср. |
Таблица 14
Интегральный индекс экологического состояния
| Показатели | Величина показателя | Баллы (b) |
| ПДКв, мг/л | - | |
| Класс опасности | - | |
| ИКВ, баллы | ||
| ИЗВ, баллы | ||
| - | ИИЭС |