Амирханова Н.А., Белоногов В.В., Беляева Л.С. и др. Лабораторные работы по экологии: Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

воды болезнетворными бактериями. Согласно нормам в 1 л питьевой воды

может содержаться не более трех бактерий группы кишечных палочек

(БГКП). Это число называется коли-индексом воды; обратная величина, т.е.

количество миллилитров воды, в котором находится одна кишечная палочка.

называется коли-титром. Питьевая вода, безупречная в бактериальном

отношении, должна иметь коли-титр не менее 333.

Необходимо отметить, что используемые в настоящее время методы

оценки качества воды с помощью системы ПДК загрязняющих веществ не

дают полного представления о состоянии природных вод и не являются

достаточной гарантией их охраны от загрязнения.

Сами Правила рассчитаны на обеспечение чистоты реки или водоема

лишь в створах пунктов питьевого, культурно-бытового или

рыбохозяйственного водопользования. Такой подход уже привел к тому, что

многие реки нашей страны загрязнены локально или непрерывно почти на

всем протяжении. В непроточных и слабопроточных водоемах процессы

самоочищения протекают еще медленнее и нередко возникают аварийные

ситуации. Такие явления возникли в Ладожском озере - одном из источников

водоснабжения Санкт-Петербурга, во многих крупных водохранилищах. Все

современные очистные сооружения построены с использованием

деструктивных методов очистки, которые сводятся к разрушению

загрязняющих воду веществ путем их окисления, восстановления, гидролиза,

разложения, причем продукты распада частично удаляются из воды в виде

газов или осадков, а частично остаются в ней в виде растворимых

минеральных солей. В результате так называемые нетоксичные минеральные

соли поступают в природные воды в количествах, соответствующих ПДК, но

во много раз превышающих их естественные концентрации в водной среде.

Поэтому сброс в реки и водоемы сточных вод, прошедших глубокую очистку

от органических соединений азота, фосфора, серы и других элементов, тем не

менее повышает содержание в воде растворимых сульфатов, нитритов,

фосфатов и других минеральных солей, вызывающих эвтрофикацию

водоемов, т.е. их «цветение» за счет бурного развития синезеленых

водорослей; последние, отмирая, поглощают массу кислорода и лишают воду

способности к самоочищению.

Современная промышленность ежегодно синтезирует много новых

веществ; установление их ПДК неизбежно запаздывает, тем более, что,

попадая в воду, эти вещества могут создавать новые, неисследованные

комбинации соединений с неизвестными свойствами.

Таким образом, существующие ПДК, разработанные санитарно-

гигиенической службой, далеко не полностью отражают влияние

чужеродных веществ на водные экосистемы. Необходима разработка

экологических ПДК и оценка состояния природных вод не только по

общесанитарным, органолептическим и химическим показателям, но и по

биохимическим и микробиологическим характеристикам, отражающим

уровень жизни гидробионтов.

1.2.1.3. ПДК загрязняющих веществ в почве

Вопрос установления ПДК загрязняющих веществ в почвах весьма

сложен. С одной стороны, почвенный покров - среда, гораздо менее

подвижная, чем поверхностные воды и атмосфера, и аккумуляция

поступающих в почву химических соединений может происходить в течение

долгого времени, постепенно приближаясь к предельно допустимым

концентрациям. Поэтому основным фактором определения предельно

допустимых выбросов (ПДВ) для какого-либо предприятия или группы

предприятий должно быть предполагаемое время работы, в течение которого

в почве прилегающих территорий накопится количество выбрасываемого

загрязняющего вещества, достигающее ПДК. С другой стороны, активная

микробиологическая жизнь почвы и протекающие в ней физико-химические

процессы способствуют трансформации посторонних веществ, поступающих

в почву, причем направление и глубина этого процесса определяются

многими факторами. В ряде случаев разрушение загрязняющих веществ и их

миграция так малы, что ими можно пренебречь; в других случаях результаты

протекания процессов деградации и миграции посторонних химических

соединений в почве сопоставимы с темпами их поступления, и предел их

накопления в почве обусловливается равновесием между процессом

поступления загрязняющих веществ и их удалением в результате разрушения

или миграции.

Таким образом, ПДК загрязняющих веществ в почвах определяются не

только их химической природой и токсичностью, но и особенностями самих

почв. В отличие от воздуха и воды почвы зонально-генетического ряда

настолько разнятся друг от друга по химическому составу и свойствам, что

для них не могут быть установлены унифицированные уровни ПДК. Эти

уровни неизбежно должны варьировать в зависимости от конкретной

обстановки: биоклиматических особенностей природной зоны, свойств

почвы, возделываемых культур, системы удобрений, агротехники и т.п.

От других компонентов биосферы почва отличается еще и тем, что

загрязняющие вещества поступают в нее не только с атмосферными

выпадениями, поливными водами, в составе балластных веществ и

различных отходов, но и вносятся преднамеренно как удобрения и

ядохимикаты. При этом в почвах сложно проследить тенденции изменения

уровней загрязнения, так как для этого требуются длительные наблюдения.

Исключение составляют лишь некоторые виды пестицидов, способные

быстро разлагаться под воздействием внешних факторов. Установленные в

настоящее время нормативы их содержания в почве приведены в табл. 3

Приложения.

Много внимания уделяется разработке нормативов содержания в почве

тяжелых металлов (ТМ), негативно влияющих на почвенные процессы,

плодородие почв и качество сельскохозяйственной продукции.

Восстановление биологической продуктивности почв, загрязненных

тяжелыми металлами, - одна из наиболее сложных проблем охраны

биоценозов.

Основными показателями, влияющими на накопление ТМ в почвах,

являются кислотно-основные свойства и содержание гумуса. Учесть все

разнообразие почвенно-геохимических условий при установлении ПДК ТМ

практически невозможно. В настоящее время для ряда тяжелых металлов

установлено ориентировочно-допустимое количество (ОДК) их содержания

в почвах, утвержденное приказами органов здравоохранения № 1968 - 79,

25546 - 82, 3210 - 85 и 4433 - 87, которые используются вместо ПДК (см.

табл. 4 Приложения).

При превышении допустимых значений содержания ТМ в почвах эти

элементы накапливаются в растениях в количествах, превышающих их ПДК

в кормах и продуктах питания.

Принципы нормирования химических загрязнений почвы несколько

отличаются от принятых для атмосферного воздуха и природных вод,

поскольку поступление вредных веществ в организмы человека и животных

непосредственно из почвы происходит в исключительных случаях и в

незначительных количествах. В основном химические соединения,

находящиеся в почве, поступают в организм через другие субстраты,

контактирующие с почвой: воду, воздух, растения. Поэтому при определении

ПДК загрязняющих веществ в почве особое внимание уделяется тем

соединениям, которые могут мигрировать в атмосферу, грунтовые или

поверхностные воды или накапливаться в растениях, снижая качество

сельскохозяйственной продукции.

1.2.1.4. ПДК загрязняющих веществ в пищевых продуктах

Предельно допустимые концентрации вредных химических соединений

в продуктах питания (ПДК

ПР

) разработаны для ряда химических элементов,

способных в определенных количествах вызвать патологический эффект.

«Временные гигиенические нормативы содержания химических элементов в

основных пищевых продуктах» (1982) предусматривают дифференцирование

ПДК

ПР

по различным видам продуктов (см. табл. 5 Приложения).

Для ряда сельскохозяйственных культур установлены ПДК

ПР

пестицидов и их метаболитов. Гигиенические нормативы учитывают физико-

химические свойства пестицидов, время сохранения их остатков и

метаболитов в пищевых продуктах, способы применения и особенности

самих продуктов, т.е. рН клеточного сока, активность ферментных систем,

проницаемость клеточных мембран. Поскольку экспериментальное

определение ПДК

ПР

весьма длительно, для установления временно

допустимых концентраций пестицидов (ВДК

ПР

) в продуктах питания

используют расчетные методы. Можно использовать, например, формулу

ВДК

ПР

= 0,13 · 10

–2

ЛД

+ 76,

где ЛД

– летальная доза вещества, вызывающая при употреблении внутрь

гибель 50 % подопытных животных, мг · кг

–1

Однако нельзя забывать, что расчетное регламентирование ВДК

токсичных соединений лишь тогда дает достоверные результаты, когда

уравнения основаны на токсикометрических и физиологических параметрах

и нормативных величинах из смежных областей гигиены, которые, в свою

очередь, установлены по результатам экспериментальных исследований.

С конца 80-х годов большую роль стали играть продукты питания,

поставляемые в Россию из-за границы. Основными поставщиками

продовольственных товаров являются Голландия, Дания, Германия, США,

Франция, Израиль. Известно, однако, что в каждой экономически развитой

стране существует 3 категории продуктов питания: 1 – для внутреннего

потребления; 2 – для экспорта в другие развитые страны; 3 – для экспорта в

страны «третьего мира» (развивающиеся) и в Россию. К третьей категории

относятся 80 % продуктов питания, сигарет, напитков, а также 90 %

медикаментов.

Продукты питания, относящиеся к 3-й категории, часто содержат

пищевые добавки: эмульгаторы, пищевые красители, вкусовые и

ароматизирующие вещества. На этикетке их обозначают буквой «Е» с

индексом в виде трехзначного числа. Каждый индекс несет информацию о

характере воздействия данной добавки на организм человека.

Предполагается, что покупатель сам решает, приобретать ему данный

продукт или нет. Товары с опасными компонентами очень дешевы в странах

- производителях и не предназначены для продажи на внутреннем рынке.

Известны коды пищевых добавок, которым по воздействию на

организм человека можно дать следующие характеристики:

1. Запрещенные (Е 103, Е 105, Е 111, Е 121, Е 123, Е 125, Е 126, Е

130, Е 152).

2. Опасные (Е 102, Е 110, Е 120, Е 124, Е 127).

3. Подозрительные (Е 104, Е 122, Е 141, Е 150, Е 171, Е 173, Е 180, Е

241, Е 477).

4. Ракообразующие (Е 131, Е 210 – 217, Е 240, Е 330).

5. Вызывающие расстройство кишечника (Е 221 – 226).

6. Вредные для кожи (Е 230 – 232, Е 239).

7. Вызывающие нарушение давления (Е 250, Е 251).

8. Провоцирующие появление сыпи (Е 311, Е 312).

9. Повышающие холестерин (Е 320, Е 321)

10. Вызывающие расстройство желудка (Е 338 – 341, Е 407, Е 450, Е

461 – 466).

Особенно опасен эмульгатор Е 330!

Строгое соблюдение величин ПДК и ВДК в отдельных компонентах

биосферы и продуктах питания еще не является гарантией сохранения

здоровья людей и обеспечения чистоты окружающей среды. В последние

годы ПДК многих химических соединений неоднократно пересматривались и

в подавляющем большинстве случаев - в сторону их уменьшения. Кроме

того, известно, что многие живые организмы и растения значительно

чувствительнее к загрязняющим веществам, чем люди. Поэтому в будущем

нормативы содержания химических соединений в окружающей среде

должны устанавливаться не только с санитарно-гигиенических, но и с

экологических позиций, что неизбежно приведет к дальнейшему снижению

величин ПДК и ВДК.

1.2.2. Методы контроля химического загрязнения биосферы

1.2.2.1. Общие представления о мониторинге окружающей среды

Пристальное внимание к проблемам наблюдений и контроля за

состоянием и уровнем загрязнения природной среды большинства развитых

стран мира проявляется, по крайней мере, со времени Стокгольмской

конференции 1972 г., на которой была выработана специальная

Программа ООН по окружающей среде. Основная задача глобальной

системы мониторинга, согласно этой Программе, состоит в раннем

предупреждении о наступающих естественных или антропогенных

изменениях состояния природной среды, которые могут нанести

прямой или косвенный ущерб здоровью и благосостоянию людей. Стало

очевидным, что любые негативные изменения природной обстановки прямо

или косвенно влияют на жизнь человека. В настоящее время употребляют

два основных термина, касающихся оценки качества окружающей среды:

мониторинг и контроль.

Под мониторингом понимают систему наблюдений, оценки и

прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием

антропогенных воздействий. Иногда дают такое определение: мониторинг –

слежение за какими-то объектами или явлениями в приложении к среде

жизни. Мониторинг не включает задачи управления качеством окружающей

среды, тогда как контроль подразумевает не только наблюдение и получение

информации, но и, по крайней мере, элементы воздействия, управления

состоянием среды.

Различают довольно много видов мониторинга как по характеру

загрязнения среды, так и по методам или целям наблюдения. В соответствии

с тремя 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 их изменений.

Региональный мониторинг охватывает отдельные регионы, в пределах

которых имеют место процессы и явления, отличающиеся по природному

характеру или по aнтропогенным воздействиям от общего базового фона.

Импактный мониторинг предусматривает осуществление наблюдений

в особо опасных зонах и местах, обычно непосредственно примыкающих к

источникам загрязняющих веществ.

Важное значение имеет так называемый базовый (или фоновый)

мониторинг, задача которого - слежение за состоянием природных систем и

природными процессами, на которые практически нет наложения

региональных aнтропогенных влияний. Базовый мониторинг позволяет

охарактеризовать состояние природы как бы в ее «чистом» виде, хотя

глобальные загрязнения все же вносят определенный вклад в изменение

природной среды. Для осуществления базового (фонового) мониторинга

используют удаленные от промышленных регионов территории, в том числе

биосферные заповедники.

При мониторинге качественно и количественно характеризуют

состояние воздуха, а также поверхностных вод, климатические изменения,

свойства почвенного покрова, состояние растительности и животного мира.

К каждому из перечисленных компонентов биосферы предъявляются особые

требования и разрабатываются специфические методы анализа. Наиболее

сложным и трудоемким является почвенно-химический или почвенно-

экологический мониторинг.

1.2.2.2. Методы контроля за содержанием загрязняющих веществ

в биосфере

Для успешного осуществления контроля состояния окружающей

среды используются как классические методы химического

анализа (гравиметрический и титриметрический), так и современные

методы инструментального анализа (табл. 1.4). В последние годы для

наблюдения за состоянием гидросферы или почвенного покрова все чаще

применяют дистанционные методы с использованием авиации,

аппаратуры спутников и околоземных космических станций. Выбор

наиболее перспективного метода химического или физико-химического

анализа определенного объекта окружающей среды включает

несколько стадий:

1) установление перечня определяемых соединений (например,

неорганические, органические или биологические примеси; взвеси и

растворенные вещества и т.п.), а также перечня основных

компонентов субстрата, в которых предстоит определять

загрязняющие вещества;

2) выбор стандартного или общепринятого метода анализа,

позволяющего наиболее просто, быстро, но с требуемой точностью

выполнить нужное определение; если такого метода нет, следует

выбрать другой, более соответствующий поставленной задаче, и в

случае необходимости модифицировать его, приведя в соответствие с

целью анализа.

Более подробно характеристика отдельных методов анализа приведена

в соответствующих пунктах экспериментальной части.

Основным фактором в выборе методов исследований воздуха,

природных и сточных вод, почв является, как правило, стоимость и

доступность оборудования. По этой причине в большинстве заводских,

агрохимических, природоохранных и других лабораторий такие методы, как

масс-спектрометрия, электронный парамагнитный резонанс, ядерный

магнитный pезонанс, практически не используются.

1.2.2.3. Контроль состава сточных вод

В воде хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения

нормируются цвет, запах, прозрачность, кислотность, щелочность, сухой

остаток, рН, содержание азота, окисляемость, биохимическая потребность в

кислороде (БПК), содержание растворенного кислорода, хлоридов,

свободного хлора, фосфатов, фторидов и жесткость. Все эти параметры

контролируются и в технологических и сточных водах. Однако в них нередко

приходится определять и специфические компоненты, характерные для

конкретных проб и связанные с особенностями производства (например,

содержание тяжелых металлов, цианидов, фенолов).

Для анализа вод применяют химические, физико-химические и

бактериологические методы, а определение их органолептических свойств

основывается на использовании органов чувств исследователя.

Цвет. Качественную оценку цветности воды производят, сравнивая ее

с дистиллированной водой. Для этого в стаканы из бесцветного стекла

наливают исследуемую и дистиллированную воду и рассматривают их на

фоне белой бумаги при дневном освещении сбоку и сверху. При наличии

окраски указывают цвет воды (слабо-желтый, бурый); при отсутствии ее воду

называют бесцветной.

Количественно цветность воды определяют методом колориметрии,

сравнивая ее со шкалой эталонов, имитирующих эту цветность.

Запах. При оценке запаха сначала дают его качественную

характеристику (болотный, землистый, гнилостный, рыбный,

ароматический); затем оценивают запах воды по пятибалльной системе. Для

этого воду наливают в колбу с притертой пробкой до 2/3 объема и сильно

встряхивают в закрытом состоянии, затем открывают колбу и сразу же

отмечают интенсивность запаха. Наличие запаха в очищенных водах

свидетельствует о недостаточной степени очистки или неполном удалении

использованных при очистке реагентов (например, хлора).

Прозрачность. Прозрачность воды определяют по предельной высоте

столба воды, через который просматривается рисунок черного креста с

толщиной линий 1 мм и четырех черных кружочков диаметром 1 мм на

белом фоне. Определение выполняют в цилиндре, высотой 35 см, на дне

которого лежит фарфоровая пластинка с рисунком (питьевая вода должна

иметь прозрачность по кресту не менее 30 см). Прозрачность воды

характеризует количество загрязняющих веществ, присутствующих в воде во

взвешенном и коллоидном состоянии.

Мутность. Наличие в воде мути объясняется недостаточной степенью

удаления грубодиспергированных неорганических и органических примесей.

Мутность можно определить гравиметрическим методом, отделив взвеси

фильтрованием через плотный фильтр.

Сухой остаток

. Сухой остаток характеризует количество нелетучих

веществ, содержащихся в сточных водах. Его выделяют

выпариванием взятого объема анализируемой воды и определяют

гравиметрическим методом. Потери при прокаливании осадка позволяют

установить содержание органических веществ, находящихся в воде во

взвешенном состоянии; разность между массой сухого осадка и потерями

при прокаливании соответствует общей массе содержащихся в воде

минеральных примесей.

Таблица 1.4

Методы определения загрязняющих веществ в биосфере

Метод Обр

азец

Требуемое

оборудование

Относи-

тельная

селектив-

ность

Средняя

продол-

жительность

анализа,ч

Определяемые компоненты

объекта анализа

Гравиметрический Т, Ж, Г Стандартное

лабораторное

Хорошая 1-2 Основные компоненты

Титриметрический Т, Ж, Г То же Хорошая 0,25-0,5 Основные и полу-

микрокомпоненты

Спектрофотомет-

рия в видимой части

Т, Ж, Г Колориметр,

спектрофотометр

Удовлетво-

рительная

0,5-1,0 Полумикро- и

микрокомпоненты,

хромофоры и органические

вещества

Пламенная

эмиссионная

спектроскопия

Т, Ж Пламенный

фотометр

Хорошая 0,25-0,5 Микрокомпоненты

(щелочные, щелочно-

земельные и др. металлы

Атомно-

абсорбционная

спектроскопия

Т, Ж АА-

спектрофотометр

Отличная

0,25-0,5 Микрокомпоненты

(переходные и др. металлы)

Газовая

хроматография

Ж,Г Газовый

хроматоргаф

Отличная

0,25-0,5 От основных до микро-

компонентов; органические и

металлорганические соеди-

нения

Вольтамперомет-

рия

Т,Ж Импульсный

полярограф

постоянного тока

Хорошая

0,5-1,0 Микрокомпоненты, следы

ме-таллов (Ag, Bi, Cd, Fe, Pb,

Sb, Sn, Zn и др).

Спект

омет- Т,Ж Регист

ру

ющий Хорошая 0,5-1,0 Мик

окомпоненты

(

гани-

рия спектрофлуометр ческие и неорганические

примеси)

Рентгенфлуорес-

центная

спектрометрия

Т,Ж РФ-спектрометр Хорошая 0,25-0,5 Полумикрокомпоненты

(элементы в почве)

Жидкостная

хроматография

Т,Ж Жидкостный

хроматограф

высокого давления

Хорошая 0,5-1,0 Микрокомпоненты,

преимущественно

органические вещества

Полярография Ж Многофункционал

ь-ный полярограф

Хорошая 0,25-0,5 Полумикро- и

микрокомпоненты; многие

элементы и органические

вещества

Инфракрасная

спектроскопия

Т,Ж,Г Инфракрасный

спектрометр

Удовлетво-

рительная

0,5-2,0 Основные и

микрокомпоненты;

органические вещества и

газы

Микробиологичес-

кий

Т,Ж Микробиологичес-

кое оборудование

Удовлетво-

рительная

12 Микрокомпоненты,

организмы

Т – твердый; Ж – жидкий; Г – газообразный.