Мониторинг загрязнений
Мониторинг- система наблюдения, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенного воздействия. Мониторинг не исключает задачи управления качеством окружающей среды, тогда как контроль подразумевает не только наблюдение и получение информации, но и управление состоянием среды.
Различают довольно много видов мониторинга как по характеру, так и по методам или целям наблюдения. В соответствии с трем типами загрязнений различают мониторинг глобальный, региональный импактный; по способам- авиационный, космический, дистанционный, по задачам- прогностический.
Глобальный мониторинг предусматривает слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза возможных изменений. Региональный мониторинг охватывает отдельные регионы, в пределах которых наблюдаются процессы и явления, отличающиеся по природному характеру или по антропогенным воздействиям от естественных биологических процессов. Импактный мониторинг обеспечивает наблюдения в особо опасных зонах и местах, непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ. Базовый мониторинг- это слежение за состоянием природных систем, на которые практически не накладываются региональные антропогенные воздействия. Для осуществления базового мониторинга используют удаленные от промышленных регионов территории, в том числе биосферные заповедники.
При мониторинге качественно и количественно характеризуется состояние водуха, поверхностный вод, климатические изменения, свойства почвенного покрова, состояние растительного и животного мира. К каждому из перечисленных компонентов биосферы предъявляются особые требования и разрабатываются специфические методы анализа.[2]
Приборы и системы мониторинга
Методы химического и физико-химического анализа позволяют определить качественный и количественный состав загрязняющих веществ в окружающей среде (в воздухе, в почве, в воде). Оценка устойчивости природных экосистем к различным видам загрязнений проводится методом биоиндикации. Биоиндикация- это обнаружение и определение антропогенных нагрузок по реакциям на них живых организмов и их сообществ.
Объектами биоиндикационных исследований могут быть отдельные виды флоры и фауны, а также экосистемы.
Анализ наблюдений за такими объектами позволяет выявить экологические нарушения еще при таких уровнях загрязнения, которые не представляют опасности для населения, проживающего на окружающей территории.[2]
Методы контроля за состоянием загрязнения вод
Основными стандартными методами контроля за состоянием загрязнения вод являются определение химического потребления кислорода (ХПК) и биохимического потребления кислорода (БПК). Химическое потребление кислорода – это величина, характеризующая общее содержание в загрязненной воде органических и неорганических восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Значение ХПК обычно выражают в единицах количества кислорода, расходуемого на окисление. БПК- это количество кислорода, требуемого для окисления находящихся в воде органических веществ в аэробных условиях в результате происходящих в загрязненной воде биологических процессов. При относительной простоте и доступности этих методов невозможно достичь высокой точности определения концентраций загрязнений. Такие соединения, как пиридин, бензол, толуол не окисляются и определить их наличие в пробе этими етодами невозможно.
При анализе состава сточных вод все чаще применяют «многокомпонентные» методы анализа, которые позволяют определить широкий спектр химических веществ. К ним относятся атомно-эмиссионный, рентгеновский и хроматографический метод. Для этого выпускают С-, Н-, N-анализаторы и другие приборы-автоматы.
Методы исследования
По требованиям ГОСТа наличие в водоемах и на их поверхности недопустимо присутствие плавающих пленок нефтепродуктов, масел, жиров и других примесей. Они препятствуют аэрации воды, тормозят процессы самоочищения, снижают интенсивность фотосинтеза. Пленки, покрывая жабры рыб, нарушают дыхание, способствуют развитию процессов анаэробного распада органических веществ. Продукты распада приводят к вторичному загрязнению водоема и нередко являются токсичными.
Для правильной оценки качества воды в водоеме, характеристики его химико-биологического состояния, степени загрязнения и т.д. требуется выполнить по крайней мере два условия: удовлетворительный анализ некоторого минимума проб воды из этого водоема и их представительность, или репрезентативность. Данный метод использовался для Костанайской области.
Под репрезентативностью проб понимают их соответствие поставленной задаче как по количеству и объему, так и по выбранным точкам и времени отбора. Любая проба характеризует воду в точке в момент отбора. В лабораториях специалисты ежегодно выполняют не менее 100 млн. анализов качества воды, причем 23% определений заключается в оценки их органолептических свойств, 21% - мутности и концентрации взвешенных веществ, 21% составляет определение общих показателей - жесткости, солесодержание, ХПК, БПК, 29% - определение неорганических веществ, 4% - определение отдельных органических веществ. Анализ воды выполнялся в стационарной лаборатории. При отборе проб и выполнении анализа первого дня придерживались определенной последовательности:
-определяли прозрачность, запах и цвет воды;
-измеряли температуру воды;
-отбирали пробу воды объемом приблизительно 5 л. Для этой цели использовали батометр или эмалированное ведро, предварительно ополоснув их водой 2-3 раза. Глубина, с которой производился отбор пробы 0,2-0,5 м;
-определяли рН, содержание двуокиси углерода СО2 и фиксировали растворенный кислород.
Пробы для определения нефтепродуктов, пестицидов, СПАВ, тяжелых металлов и других ингредиентов отбирали в отдельные склянки.
Определение мутности
Готовят следующие рабочие стандартные суспензии: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 5,0 мг/л;
Пепел, не содержащий железа, прокаливают, промывают дистиллированной водой, высушивают и вновь прокаливают. Прокаленный пепел, состав которого принимают равным 100% очень тонко растирают в агатовой или фарфоровой ступке. 1,25 г растертого трепела и мерном цилиндре смешивают с 250 мл дистиллированной воды. Смесь тщательно сверху отбирают 200 мл суспензии;
В 25 мл полученной суспензии весовым методом после выпаривания и высушивания при 105°С определяют (количественное) содержание 8FeO2. Рабочие стандартные суспензии из трепела готовят разбавлением основной стандартной суспензии дистиллированной водой с нулевой мутностью. Градировочный график строят по стандартным рабочим суспензиям. Полученные значения оптических плотностей и соответствующие им концентрации стандартных суспензий (мг/л) наносят на график;
Перед проведением испытания во избежание ошибок производят калибровку фотоколориметров по жидким стандартным суспензиям мутности или по набору твердых стандартных суспензий мутности с известной оптической плотностью;
В кювету с толщиной поглощающего света слоя 5--10 см вносят хорошо взболтанную испытуемую пробу, измеряют оптическую плотность в зеленой части спектра. Контрольной жидкостью служит испытуемая вода, из которой удалены взвешенные вещества путем центрифугирования или фильтрования через мембранные фильтры (обработанные кипячением);
Содержание мутности в мг/л определяют по градировочному графику.
Определение вкуса
Органолептическим методом определяют характер и интенсивность вкуса и привкуса. Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами. Характер вкуса или привкуса определяют ощущением воспринимаемого вкуса или привкуса (соленый, кислый, щелочной, металлический и т.д.).
Испытываемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживая 3-5 с. Интенсивность вкуса и привкуса определяют при 20°С и оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям (Таблица 1).
Таблица 1
Оценка интенсивности вкуса и привкуса
| Интенсивность вкуса и привкуса | Характер вкуса и привкуса | Оценка интенсивности вкуса и привкуса, балл |
| Нет | Вкус и привкус не ощущаются | |
| Очень слабая | Вкус и привкус не ощущаются потребителем, но обнаруживаются при лабораторном исследовании | |
| Слабая | Вкус и привкус замечаются потребителем, если обратить на это его внимание | |
| Заметная | Вкус и привкус легко замечаются и вызывают неодобрительный отзыв о воде | |
| Отчетливая | Вкус и привкус обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья | |
| Очень сильная | Вкус и привкус настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению |
Определение запаха
Органолептическими методами определяют характер интенсивность запаха. Характер запаха воды определяют ощущением воспринимаемого запаха (землистый, хлорный, нефтепродуктов и др.). Определение запаха при 20° С.
В колбу с притертой пробкой вместимостью 250--350 мл отмеривают, 100 мл испытуемой воды с температурой 20° С. Колбу закрывают пробкой,
содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями, после чего колбу открывают и определяют характер и интенсивность запаха;
Определение запаха при 60° С. В колбу отмеривают 100 мл испытуемой воды. Горлышко колбы закрывают часовым стеклом и подогревают на водяной бане до 50--60° С. Содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями. Сдвигая стекло в сторону быстро определяют характер и интенсивность запаха;
Интенсивность запаха воды определяют при 20 и 60° С и оценивают по пятибалльной системе (Таблица 2).
Таблица 2
Оценка интенсивности запаха
| Интенсивность Запаха | Характер проявления запаха | Оценка интенсивности запаха,балл |
| Запах не ощущается | ||
| Запах не ощущается потребителем, но обнаруживается при лабораторном исследования | ||
| Слабая | Запах замечается потребителем, если обратить на это его внимание | |
| Заметная | Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде | |
| Отчетливая | Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья | |
| Очень сильная | Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению |
Определение цвета
Цветность воды определяют фотометрическим путем сравнения проб.
Для приготовления шкалы цветности используют набор цилиндров Несслера вместимостью 100 мл. В каждом цилиндре смешивают раствор № 1 и раствор № 2 в соотношении указанном на шкале цветности.Раствор в каждом цилиндре соответствует определенному градусу цветности. Шкалу цветности хранят в темном месте. Через каждые 2--3 месяца ее заменяют. Градуировочный график строится по шкале цветности. Для сбора материала использовались химические методы измерения концентраций загрязняющих веществ в воде, что позволяет проверить соответствие их установленным нормативам качества воды.
Колориметрический метод определения рН воды имеет невысокую точность, особенно при анализе мутных и окрашенных вод, кроме того, необходимо введение солевых поправок. Наиболее надежен из них метод с использованием буферных растворов. Метод основан на том, что при прибавлении к исследуемой воде соответствующего индикатора в зависимости от рН воды он принимает ту или иную окраску, которую сравнивают со шкалой стандартных буферных растворов. Нужно строго соблюдать указания о количестве приливаемого индикатора. Окраску следует сравнивать в тени или при рассеянном освещении.
Метод окисляемости
Окисляемость - общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильными окислителями, например бихроматом, перманганатом и др. Результаты определения окисляемости выражают в миллиграммах кислорода на 1 л воды (мг.О/л).
Наиболее полное окисление достигается бихроматом калия, поэтому бихроматную окисляемость называют «химическим потреблением кислорода» (ХПК). Это основной метод определения окисляемости. Окисление органических веществ бихроматом происходит до образования диоксида углерода и воды, азот выделяется в виде газа.Нормативы ХПК воды водоемов хозяйственно-питьевого водопользования- 30 мг О/л.Принцип метода бихроматной окисляемости - в 50%-м по объему серной кислоте бихромат калия при кипячении действует как сильный окислитель, особенно при использовании в качестве катализатора сульфата серебра. Метод позволяет определить окисляемость от 15мг О/л и выше при применении 0,1 н. раствора бихромата калия. Аммиак и ионы аммония определяются с реактивом Несслера. Метод основан на способности аммиака (свободный аммиак и ионы аммония) образовывать с щелочным раствором йодида ртути окрашенный желтый цвет. При низкой концентрации аммиака и ионов аммония получают коллоидный раствор, пригодный для коллориметрирования. При большом содержании (более 3 мг/л) выпадает бурый осадок, в этом случае определение необходимо проводить после разбавления пробы безаммиачной водой. Предельно допустимая концентрация аммиака и ионов аммония в воде водоемов 2 мг/л по азоту. Этим методом находят свободный аммиак, ионы аммония, входящие в некоторые белковые соединения. Проведению анализа мешают амины, ацетон, альдегиды, спирты и другие органические соединения, реагирующие с реактивом Несслера. В их присутствии обнаруживают аммиак после предварительной отгонки. Мешающее влияние жесткости воды устраняют, добавляя раствор сегнетовой соли. Большое содержание железа, сульфиды и муть удаляют осветлением пробы воды цинковой солью. Содержание ионов аммония (мг) находят по калибровочному графику или визуально сравнивая интенсивность окраски пробы и шкалы стандартных растворов, приготовленных одновременно.
Отношение концентраций свободного аммиака и ионов аммония зависит от концентрации ионов водорода, поэтому по найденному общему содержанию можно рассчитывать концентрации свободного аммиака и ионов аммония, если известна величина рН воды.