Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами

Подождите немного. Документ загружается.

171

7. Интегральная и комплексная

оценка качества воды

Каждый из показателей качества воды в отдельности хотя и несет

информацию о составе воды, все же не может служить единственной ме-

рой качества воды, т.к. не позволяет судить о значениях других показате-

лей, хотя иногда косвенно бывает связан с некоторыми из них. Например,

увеличенное, по сравнению с нормой, значение БПК

косвенно свиде-

тельствует о повышенном содержании в воде легкоокисляющихся орга-

нических веществ; увеличенное значение электропроводности – о повы-

шенном солесодержании и др. Вместе с тем, результатом оценки качества

воды должны быть некоторые интегральные показатели, которые охва-

тывали бы основные показатели качества воды (либо те из них, по кото-

рым зафиксировано неблагополучие).

В простейшем случае, при наличии результатов по нескольким оце-

ниваемым показателям, может быть рассчитана сумма приведенных

концентраций компонентов, т.е. отношение их фактических концентра-

ций к ПДК (правило суммации). Критерием качества воды при использо-

вании правила суммации является выполнение неравенства:







фi

ПДК

где: С

фi

и ПДК

– фактическая концентрация в воде и ПДК для i-го ком-

понента.

Следует отметить, что сумма приведенных концентраций согласно

ГОСТ 2874 может рассчитываться только для химических веществ с оди-

наковым лимитирующим показателем вредности – органолептиче-

ским и санитарно-токсикологическим.

При наличии результатов анализов по достаточному количеству

показателей можно определять классы качества воды, которые являются

интегральной характеристикой загрязненности поверхностных вод. Клас-

сы качества определяются по индексу загрязненности воды (ИЗВ), кото-

рый рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значе-

ний 6 основных показателей качества воды по формуле:





ПДК

ИЗВ

где: С

– среднее значение определяемого показателя за период наблюде-

ний (при гидрохимическом мониторинге это среднее значение за год);

172

ПДК

– предельно допустимая концентрация для данного загряз-

няющего вещества;

6 – число показателей, берущихся для расчета (на их выборе мы

остановимся в этой же главе чуть ниже).

Значение ИЗВ рассчитывают для каждого пункта отбора проб (ство-

ра). Далее по табл. 16 в зависимости от значения ИЗВ определяют класс

качества воды.

Таблица 16

Характеристики интегральной оценки качества воды

ИЗВ

Класс качества воды

Оценка качества

(характеристика) воды

Менее и равно 0,2

Очень чистые

Более 0,2–1

Чистые

Более 1–2

III

Умеренно загрязненные

Более 2–4

Загрязненные

Более 4–6

Грязные

Более 6–10

Очень грязные

Свыше 10

VII

Чрезвычайно грязные

В число 6 основных, так называемых «лимитируемых» показателей при

расчете ИЗВ входят, в обязательном порядке, концентрация растворенного

кислорода и значение БПК

, а также значения еще 4 показателей, являющих-

ся для данного водоема (воды) наиболее неблагополучными или имеющих

наибольшие приведенные концентрации (отношение С

/ПДК

). Такими пока-

зателями, по опыту гидрохимического мониторинга водоемов, нередко бы-

вают следующие: содержание нитратов, нитритов, аммонийного азота (в

форме органических и неорганических аммонийных соединений), тяжелых

металлов – меди, марганца, кадмия и др., фенолов, пестицидов, нефтепро-

дуктов, СПАВ



, лигносульфонатов. Для расчета ИЗВ показатели выбираются

независимо от лимитирующего признака вредности, однако при равенстве

приведенных концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим

санитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие веще-

ства обладают относительно большей вредностью).

Очевидно, не все из перечисленных показателей качества воды мо-

гут быть определены полевыми методами. Задачи интегральной оценки

осложняются еще и тем обстоятельством, что для получения данных при

расчете ИЗВ необходимо проводить анализ по широкому кругу показате-

лей, с выделением из их числа тех, по которым наблюдаются наибольшие

приведенные концентрации. При невозможности проведения гидрохими-



СПАВ – синтетические поверхностно-активных вещества. Различают неионогенные, а

также катионоактивные и анионоактивные СПАВ.

173

ческого обследования водоема по всем интересующим показателям целе-

сообразно определить, какие же компоненты могут быть загрязнителями.

Это делают на основе анализа доступных результатов гидрохимических

исследований прошлых лет, а также сведений и предположений о веро-

ятных источниках загрязнений воды. При невозможности выполнения

анализов по данному компоненту полевыми методами (СПАВ, пестици-

ды, нефтепродукты и др.) следует произвести отбор проб и их консерва-

цию с соблюдением необходимых условий (см. главу 5), после чего дос-

тавить пробы в требуемые сроки для анализа в лабораторию.

Таким образом, задачи интегральной оценки качества воды практически

совпадают с задачами гидрохимического мониторинга, т.к. для окончатель-

ного вывода о классе качества воды необходимы результаты анализов по

целому ряду показателей в течение продолжительного периода.

К недостаткам приведенного способа интегральной оценки качества

воды, несмотря на его широкое распространение на практике, можно от-

нести следующее.

Во-первых, учет изолированного действия отдельных химических

веществ или их групп недостаточен для оценки фактической экологиче-

ской ситуации в водоеме либо чистоты питьевой воды.

Во-вторых, многие загрязняющие вещества, не вошедшие в группу

из 6 лимитированных показателей, выпадают из внимания исследовате-

лей. В их числе могут быть и те показатели, по которым имеется превы-

шение ПДК, а также и те, по которым ПДК не превышены.

В-третьих, в результате взаимодействия многих химических компо-

нентов в воде, даже при их малых концентрациях, могут образовываться

соединения, значительно более токсичные, чем исходные. Кроме того,

совместное присутствие в воде некоторых токсичных веществ приводит к

увеличению их токсичности (явление синергизма).

В-четвертых (и это может быть самым существенным недостатком

приведенного метода интегральной оценки качества воды), определение

ИЗВ предполагает контроль только по гидрохимическим показателям,

при этом из поля зрения исследователей ускользают микробиологические

показатели, которые часто имеют решающее значение при оценке при-

годности воды для нужд пищевого и бытового использования.

Указанные недостатки интегральной оценки качества воды сводятся

к минимуму при включении в «арсенал» методов мониторинга гидробио-

логических методов, например метода биоиндикации по Вудвиссу, мето-

дов биотестирования. Вместе с тем, как уже отмечалось, интегральная

оценка качества воды посредством расчета ИЗВ практически повсемест-

но используется специалистами в нашей стране при экологических и гид-

174

рохимических исследованиях, а ее результаты, как правило, хорошо со-

гласуются с результатами гидробиологических наблюдений.

Интересным является подход к оценке качества воды, предложенный в

США. Национальный Санитарный Фонд этой страны в 1970 г. разработал

стандартный обобщенный показатель качества воды (ПКВ), получивший

широкое распространение в Америке и некоторых других странах [14]. При

разработке ПКВ использовались экспертные оценки на основе большого

опыта оценки качества воды при ее использовании для целей бытового и

промышленного водопотребления, отдыха на воде (плавания и водных раз-

влечений, рыбалки), охраны водных животных и рыб, сельско-

хозяйственного использования (водопоя, орошения), коммерческого исполь-

зования (судоходства, гидроэнергетики, теплоэнергетики) и др. ПКВ являет-

ся безразмерной величиной, которая может принимать значения от 0 до 100.

В зависимости от значения ПКВ возможны следующие оценки качества

воды: 100–90 – превосходное; 90–70 – хорошее; 70–50 – посредственное;

50–25 – плохое; 25–0 – очень плохое. Установлено, что минимальное значе-

ние ПКВ, при котором удовлетворяется большинство государственных стан-

дартов качества воды, составляет 50–58. Однако вода в водоеме может иметь

значение ПКВ больше указанного и в то же время не соответствовать стан-

дартам по каким-либо отдельным показателям.

ПКВ рассчитывается по результатам определения 9 важнейших ха-

рактеристик воды – частных показателей, причем каждый из них имеет

собственный весовой коэффициент, характеризующий приоритетность

данного показателя в оценке качества воды. Частные показатели качества

воды, используемые при расчете ПКВ, и их весовые коэффициенты при-

ведены в табл. 17.

Таблица 17

Весовые коэффициенты показателей при расчете ПКВ по дан-

ным Национального Санитарного Фонда США

Наименование показателя

Значение весового

коэффициента

Растворенный кислород

0,17

Количество кишечных палочек

0,16

Водородный показатель (рН)

0,11

Биохимическое потребление кислорода (БПК

)

0,11

Температура (t, тепловое загрязнение)

0,1

Общий фосфор

0,1

Нитраты

0,1

Мутность

0,08

Сухой остаток

0,07

Сумма

1,00

175

Как следует из приведенных в табл. 17 данных, наиболее весомыми

показателями являются растворенный кислород и количество кишечных

палочек, что вполне понятно, если вспомнить важнейшую экологическую

роль растворенного в воде кислорода и опасность для человека, обуслов-

ленную контактом с загрязненной фекалиями водой.

Кроме весовых коэффициентов, имеющих постоянное значение, для

каждого отдельного показателя разработаны весовые кривые, характери-

зующие уровень качества воды (Q) по каждому показателю в зависимо-

сти от его фактического значения, определяемого при анализе. Графики

весовых кривых приведены на рис. 13. Имея результаты анализов по ча-

стным показателям, по весовым кривым определяют численные значения

оценки для каждого из них. Последние умножают на соответствующий

весовой коэффициент и получают оценку качества по каждому из показа-

телей. Суммируя оценки по всем определенным показателям, получают

значение обобщенного ПКВ.

Обобщенный ПКВ в значительной степени устраняет недостатки ин-

тегральной оценки качества воды с расчетом ИЗВ, т.к. содержит группу

конкретных приоритетных показателей, в число которых входит показа-

тель микробного загрязнения.

При оценке качества воды, кроме интегральной оценки, в результате

которой устанавливается класс качества воды, а также гидробиологиче-

ской оценки методами биоиндикации, в результате которой устанавлива-

ется класс чистоты, иногда встречается также так называемая комплекс-

ная оценка, основу которой составляют методы биотестирования. По-

следние относятся также к гидробиологическим методам, но отличаются

тем, что позволяют определить реакцию водной биоты на загрязнения по

различным тестовым организмам – как простейшим (инфузориям, дафни-

ям), так и высшим – рыбам (гуппиям). Такая реакция иногда является

наиболее показательной, особенно применительно к оценке качества за-

грязненных вод (природных и сточных) и позволяет определять даже ко-

личественно концентрации отдельных соединений.

Обычно при биотестировании устанавливают количественные гра-

дуировочные зависимости показателей смертности тестовых организмов

или каких-либо изменений в них либо поведенческих реакций от концен-

трации тяжелых металлов (CuSО

). Токсические эффекты на организмы

выражают в концентрациях, эквивалентных концентрациям тяжелых ме-

таллов. Следует отметить, что исследования, выполняемые при ком-

плексной оценке качества воды, не ограничиваются только методами

биотестирования, они обязательно включают (особенно при анализе

питьевой и природной вод) гидрохимические методы и методы биоинди-

кации.

176

100

20 60

100

140

1.000

10.000

100.000

100

а – растворенный кислород, б – количество кишечных

% насыщения; палочек (колоний) на 100 мл;

100

10 15 20

0 5

100

4 5 6 7 8 9 10

2 3

11 12

в – водородный показатель, ед. рН; г – биохимическое потребление

кислорода, мг/л;

100

2 4 6 8

100

-10

д – температура (t), °С; е – общий фосфор

(по ортофосфат-аниону), мг/л;

Рис. 13. Весовые кривые, характеризующие уровень качества воды (Q) по

частным показателям в зависимости от их фактических значений, определенных

при анализе.

177

100

40 60 80 100

100

40 60 80 100

ж – нитраты, мг/л; з – мутность, футы/дюймы



;

100

200 400300

500

и – сухой остаток, мг/л.

Продолжение рис. 13. Весовые кривые, характеризующие уровень качества

воды (Q) по частным показателям в зависимости от их фактических значений,

определенных при анализе.



1 фут равен 30,5 см; 1 дюйм равен 2,54 см.

178

Список литературы

1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В. Практи-

кум по экологии: Учебное пособие / Под ред. Алексеева С.В. – М.:

АО МДС, 1996.

2. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг / Под ред.

Ашихминой Т.Я. – М.: «Агир», 2002.

3. Барсукова З.А. Аналитическая химия: Учебник для техникумов по

спец. «Производство строительных деталей и железобетонных кон-

струкций». – М.: Высшая школа, 1990.

4. Богдановский Г.А. Химическая экология: Учебное пособие. – М.:

Изд-во МГУ, 1994.

5. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков,

инженеров и врачей. Изд. 7-е, переработанное и дополненное. Тома

1–3 / Под ред. Лазарева Н.В. – Л.: Химия, 1976.

6. Грушко Я.М. Вредные органические соединения. – Л.: Химия, 1982.

7. Жаркова Г. М., Петухова Э. Е. Аналитическая химия. Качественный

анализ: Учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1993.

8. Как организовать общественный экологический мониторинг: Руко-

водство для общественных организаций / Т.В. Гусева и др.; под ред.

М.В. Хотулевой. – М.: Социально-экологический Союз, 1998.

9. Комплексная экологическая практика школьников и студентов. Про-

грамма. Методики. Оснащение: Учебно-методическое пособие / Под

ред. проф. Л.А. Коробейниковой. 3-е изд., перераб. и доп. – СПб.:

Крисмас+, 2002.

10. Комплект-лаборатория «НКВ» (производство ЗАО «Крисмас+»).

Паспорт КРМФ 100ПС.

11. Контроль химических и биологических параметров окружающей

среды. Энциклопедия «Экометрия» / Под ред. Л.К. Исаева. – СПб.:

Крисмас+, 1998.

12. Лурье Ю. Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. –

М.: Химия, 1984.

13. Методические рекомендации по обследованию водоемов / Авт.-сост. Ор-

лов Е.В., Шустов С.В., Орлова К.А. Информационный бюллетень эколо-

гического центра «Дронт». – Н. Новгород: Эк. центр «Дронт», 1994.

14. Митчел М., Стапп У. Показатель качества воды: Полевое руково-

дство по мониторингу качества воды (GREEN, USA). – СПб.: «Про-

зрачные воды Невы», 1995.

179

15. Муравьев А.Г., Каррыев Б.Б., Лянзберг А.Р. Оценка экологического

состояния почвы: Практическое руководство / Под ред. А.Г. Муравь-

ева. – СПб.: Крисмас+, 1999.

16. Муравьев А.Г. Оценка экологического состояния природно-

антропогенного комплекса: Учебно-методическое пособие. 2-е изд.,

перераб. и доп. – СПб.: Крисмас+, 1999.

17. Муравьев А.Г., Пугал Н.А., Лаврова В.Н. Экологический практикум:

Учебное пособие с комплектом карт-инструкций / Под ред. к.х.н.

А.Г. Муравьева. – СПб.: Крисмас+, 2003.

18. Новиков Ю.В. и др. Методы исследования качества воды водоемов /

Под ред. Шицковой А.П. – М.: Медицина, 1990.

19. Нормативные данные по предельно допустимым уровням загрязне-

ния вредными веществами объектов окружающей среды: Справоч-

ный материал. – СПб.: Крисмас+, 1997.

20. Нормативное обеспечение контроля качества воды: Справочник. –

М.: Госстандарт России, 1995.

21. Подготовка материалов по оценке воздействия на окружающую сре-

ду для Северо-Западного региона. Методические рекомендации /

Сост. С.О. Григорьева, О.В. Снопковская, Т.М. Флоринская и др. –

СПб.: Научный центр РАН, 1996.

22. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания: В 4 кн. Кн. 2. Загряз-

нение воды и воздуха: – М.: Мир, 1995.

23. Руководство по работе с полевой химической лабораторией ПХЛ-54.

24. Санитарно-гигиенические методы исследования пищевых продуктов

и воды (справочное пособие) / Под ред. проф. Г.С. Яцулы. – К.: Здо-

ровья, 1991.

25. Снакин В.В. и др. Экологический мониторинг: Методическое пособие

для учителей средних учебных учреждений. – М.: РЭФИА, 1995.

26. Снакин В.В., Пузоченко Ю.Г., Макаров С.В. и др. Толковый словарь

по охране природы / Под ред. Снакина В.В. – М.: Экология, 1995.

27. Состояние окружающей среды Северо-Западного и Северного регио-

нов России / Под ред. А.К. Фролова. – СПб.: Наука, 1995.

28. Справочник по физико-химическим методам исследования объектов

окружающей среды / Авт.-сост. Арановская Г.И., Козинцев Ю.Н.,

Ляликов Ю.С. – М.: Судостроение, 1979.

29. Тенсли И. Поведение химических загрязнителей в окружающей сре-

де. – М.: Мир, 1982.

30. Унифицированные методы анализа вод / Под ред. Ю.Ю. Лурье. – М.:

Химия, 1973.

180

31. Фомин Т.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиаци-

онной опасности по международным стандартам: Энциклопедиче-

ский справочник. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Проректор, 1995.

32. Худолей В.В., Мизгирев И.В. Экологически опасные факторы. –

СПб.: «Банк Петровский», 1996.

33. Чистобаев А.И. Судьбы рек, или Уроки жизни. (Научно-популярные

очерки). – СПб.: Научный центр РАН, 1996.

34. Чистобаев А.И., Рафиков С.А., Флоринская Т.М. Методологические

основы разработки экологической программы Санкт-Петербурга и

Северо-Запада России / Под ред. А.К. Фролова. – СПб.: Научн. центр

РАН, 1996.

35. Широков К.П., Богуславский М.Г. Международная система единиц /

Под ред. д-ра техн. наук проф. Ю.В. Тарбеева. – М.: Издательство

стандартов, 1984.

36. Экодинамика и экологический мониторинг Санкт-Петербургского

региона в контексте глобальных изменений / Под ред. К.Я. Конд-

ратьева и А.К. Фролова. – СПб.: Наука, 1996.

37. Water analysis handbook. – HACH Company, Loveland, Colorado, USA,

1992.

Список ссылочных нормативных документов

38. ГОСТ 8.417-81. ГСИ. Единицы физических величин.

39. ГОСТ 17.1.5.05-77. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования

к отбору поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков.

40. ГОСТ 1030-81. Вода хозяйственно-питьевого назначения. Полевые

методы анализа.

41. ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственно-питье-

вого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила

выбора.

42. ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль

за качеством.

43. ГОСТ 3351-74. Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха,

цветности и мутности.

44. ГОСТ 4151-72. Вода питьевая. Метод определения общей жесткости.

45. ГОСТ 4192-82. Вода питьевая. Методы определения минеральных

азотосодержащих веществ.

46. ГОСТ 4212-76. Реактивы. Методы приготовления растворов для ко-

лориметрического и нефелометрического анализа.

47. ГОСТ 4245-72. Вода питьевая. Методы определения содержания

хлоридов.