Курсовая работа: Мониторинг водоёмов по основным показателям качества воды

Курсовая работа

Мониторинг водоёмов по основным показателям качества воды

2011

Реферат

Целью данной курсовой работы является ознакомление с методами мониторинга поверхностных водоёмов; источниками их загрязнения; способами нормирования качества водных ресурсов страны.

В данной работе рассмотрена классификация водных объектов. Выделены основные источники его загрязнения.

Обозначены общие положения функционирования государственного мониторинга, методы и программы контроля водных объектов. Представлены основные требования к средствам контроля качества воды. Определены предельно допустимые концентрации по различным показателям качества воды.

Приведены различные методики расчёта, в том числе методика расчета предельно допустимых сбросов сточных вод от промышленных предприятий.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Office Word 2010 и представлена на CD цифровом носителе (в конверте на обороте).

Abstract

Purpose of this term paper to get acquainted with methods for monitoring surface water, sources of pollution; ways valuation of water quality of the country.

In this paper we considered the classification of water bodies. Identified the main sources of pollution.

Indicated by the general positions of the functioning of the state monitoring methods and monitoring program of water objects. The basic requirements for water quality control facilities. Determined the maximum permissible concentration of various water quality indicators.

Shows the different calculation methods, and methods of calculating the maximum allowable discharges wastewater industries.

The term paper performed in text editor Microsoft Office Word 2010 and represented on the CD digital media (in an envelope on the back).

Техническое задание

Вода большинства водоемов и водотоков на территории России по ряду показателей не отвечает нормативным требованиям, предъявляемым к качеству воды, используемой для нужд питьевого водоснабжения и рыбного хозяйства.

Одна из главных причин неудовлетворительного качества поверхностных вод – сосредоточенный сброс в водные объекты широкого спектра загрязняющих веществ, содержащихся в промышленных и коммунальных сточных водах. Это фактор и определяет важность мониторинга загрязнений природных водных объектов.

Целью данной курсовой работы является ознакомление с методами мониторинга поверхностных водоёмов; источниками их загрязнения; способами нормирования качества водных ресурсов страны.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи :

1. Рассмотреть классификацию водных объектов. Определить понятие "поверхностных водных объектов".

2. Рассмотреть общие положения по организации мониторинга в РФ.

3. Описать методы, процесс и программы контроля качества воды и водных объектов.

4. Привести методику расчета важнейших показателей качества воды.

5. Рассмотреть нормативные документы в области мониторинга и охраны водных объектов РФ.

В работе приведена сравнительная характеристика отечественных и зарубежных показателей состава и свойств воды предназначенной для питьевого использования (органолептические, не органолептические вещества, микробиологические, паразитологические, обобщённые показатели и показатели радиоактивности).

Материалы представленной работы могут быть использованы для написания докладов, рефератов, курсовых проектов, подготовки различного рода отчётов.

Введение

Вода – один из главных стратегических ресурсов любого государства, беспроигрышный вариант политического давления и защиты национальных интересов.

Злободневной проблемой современности стало ухудшение качества природных вод и состояния водных систем в результате возросшей антропогенной деятельности. Накопление и рассеяние веществ антропогенного происхождения по всей планете не оставили в стороне пресноводные экосистемы, качество воды которых существенно изменилось за последние десятилетия.

Считается, что определяющую роль в загрязнение водной среды вносит деятельность промышленных предприятий, которые направляют свои сбросы в реки и океаны. Не меньший вклад в загрязнение водной среды вкладывает современное сельское хозяйство с его массовым развитием животноводства, интенсивным внесением удобрений и использованием средств защиты растений. Сбросы коммунально-бытовых вод играют тоже определенную роль в формировании качественного и количественного состава поверхностных вод.

Россия располагает более чем 20% мировых запасов пресных поверхностных и подземных вод и несёт огромную ответственность перед мировым сообществом за их рациональное использование. Но это вовсе не значит, что эта вода – качественная.

Каждый год более 5 млн. человек в мире умирает от болезней, вызванных непригодной для питья водой. В России каждый второй житель вынужден пить воду, микробиологические и санитарно-химические параметры которой не отвечают гигиеническим нормативам.

Всё это обуславливает важность контроля качества воды в водоёмах.

1. Классификация, виды и источники загрязнения водных объектов РФ

1.1 Классификация водных объектов РФ. Поверхностные водные объекты

Согласно Водному кодексу РФ водные объекты в зависимости от физико-географических, гидрорежимных и других признаков подразделяются на:

- поверхностные водные объекты;

- внутренние морские воды;

- территориальное море Российской Федерации;

- подземные водные объекты.

Нас интересуют поверхностные водные объекты – это постоянное или временное сосредоточение вод на поверхности суши в формах ее рельефа, имеющее границы, объем и черты водного режима.

Поверхностные водные объекты состоят из поверхностных вод, дна и берегов.

Поверхностные водные объекты подразделяются на:

Поверхностные водотоки – поверхностные водные объекты, воды которых находятся в состоянии непрерывного движения.

К поверхностным водотокам относятся реки и водохранилища на них, ручьи, каналы межбассейнового перераспределения и комплексного использования водных ресурсов.

Поверхностные водоемы – поверхностные водные объекты, воды которых находятся в состоянии замедленного водообмена.

К поверхностным водоемам относятся озера, водохранилища, болота и пруды.

Ледники – движущиеся естественные скопления льда атмосферного происхождения на земной поверхности.

Снежники – неподвижные естественные скопления снега и льда, сохраняющиеся на земной поверхности в течение всего теплого времени года или его части.

1.2 Факторы воздействия на водные объекты

Согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) вода в водоёме (водотоке) считается загрязнённой, если в результате изменения её состава или состояния вода становится менее пригодной для любых видов водопользования, в то время как в природном состоянии она соответствовала предъявляемым требованиям. Определение касается физических, химических и биологических свойств, а также наличия в воде посторонних жидких, газообразных, твёрдых и растворённых веществ.

В целом факторы воздействия обусловлены природными, и антропогенными причинами. Природные факторы воздействия обычно вызваны катастрофами – вулканами, селями и т.д. Антропогенные факторы вызваны непосредственно действиями человека.

В результате различных воздействий происходит:

· загрязнение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты, а также образование в них вредных веществ, которые ухудшают качество поверхностных и подземных вод, ограничивают использование либо негативно влияют на состояние дна и берегов водных объектов;

· засорение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты предметов или взвешенных частиц, ухудшающих состояние и затрудняющих использование водных объектов;

· истощение водных объектов – устойчивое сокращение запасов и ухудшение качества поверхностных и подземных вод;

Вся вода гидросферы непрерывно совершает круговорот, при этом происходит изменение ее состава, агрегатного состояния и свойств, самоочищение. Рост численности населения, развитие производственной деятельности для удовлетворения его растущих потребностей изменяют сложившиеся за миллионы лет естественные равновесия в гидросфере.

В настоящее время известны более 2000 веществ, загрязняющих водоемы. Все они попадают в воду в результате человеческой деятельности. К наиболее вредным и широкомасштабным химическим загрязнителям относятся нефть и нефтепродукты. Ежегодно в океан попадает более 16млнт нефти. Обеспокоенность общественности нефтяным загрязнением обусловлена неуклонным ростом экономических потерь в рыболовстве, туризме и других сферах деятельности. Только 1 тонна нефти способна покрыть 12 км² поверхности моря. Нефтяная пленка изменяет все физико-химические процессы: повышается температура поверхностного слоя воды, ухудшается газообмен, рыба уходит или погибает. Меняются гидробиологические условия в океане, уменьшается первичная продукция океана - фитопланктон, служащий своеобразным пищевым фундаментом всей жизни в океане. Очень ядовиты растворимые компоненты нефти. Они нередко становятся причиной гибели рыбы и морских птиц.

Серьезную угрозу экологической безопасности представляют также поверхностно-активные вещества (в том числе синтетические моющие средства, широко используемые человеком), соли тяжелых металлов (свинца, железа, меди, ртути и др.). Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевым цепям организмам. Вследствие сельскохозяйственной деятельности из почвы в поверхностные и грунтовые воды попадают удобрения, ядохимикаты (пестициды, гербициды). Среди вносимых в реки с суши растворимых веществ имеют отрицательное значение и органические остатки. Вынос в гидросферу органического вещества оценивается в 300-380 млн. т/г. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияет на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заиливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность донных микроорганизмов.

Значительных размеров достигает концентрация загрязнений дождевых сточных вод – ливневых и талых. Текущие по улицам дождевые стоки бывают более ядовитыми, чем в сточных трубах промышленных предприятий.

Наиболее опасными загрязнителями являются радиоактивные и биологически активные вещества.

Для оценки степени и характера загрязнения природных вод РФ используют показатели, приведенные в табл. 1.2.1.

Таблица 1.2.1 – важнейшие показатели качества воды в РФ

В упрощенном виде круговорот воды и загрязнение водных объектов можно представить в виде испарения ее с поверхности водных объектов суши, изъятия на бытовые и промышленные нужды и возврата в водные объекты в виде осадков и стоков. При этом вся возвращаемая вода загрязняется. В настоящее время все источники загрязнения гидросферы принято делить на четыре большие группы:

1 Атмосферные осадки – в виде вымываемых из воздуха загрязнителей (оксиды серы и азота) и особенно после смыва их при стекании по городским улицам и промышленным площадка, где они увлекают с собой массы веществ: мусор, нефтепродукты, кислоты, фенолы и др.;

2 Городские (сельские) сточные воды – включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, моющие средства (детергенты), микроорганизмы, в том числе патогенные;

3 Промышленные сточные воды – образующиеся в самых разнообразных отраслях промышленности, среди которых наиболее активно потребляют (и загрязняют) воду: чёрная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленность, энергетика и др.

Очевидно, что по химическому составу промышленные стоки наиболее разнообразны, поскольку именно здесь производятся или обращаются практически все известные сегодня вещества. Загрязнение промышленными сточными водами можно типизировать так:

механическое – повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнения;

химическое – наличие в воде содержащих и неорганических веществ токсического и нетоксического воздействия;

бактериальное и биологическое – наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное – присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

тепловое – выпуск в водоёмы подогретых вод тепловых и атомных электростанций.

4 Сельскохозяйственные стоки – содержащие смытые в процессе эрозии частицы почвы, биогены, входящие в состав удобрений, пестициды (химические средства для защиты сельскохозяйственных растений и животных соответственно от сорняков, паразитов, насекомых), помёт сельскохозяйственных животных и ассоциированные с ним бактерии, ядохимикатами, удобрениями, органикой, мочевиной, азотом, фосфором и др.

В то же время источники загрязнений могут быть точечными или диффузными (рис. – 1.2.1., 1.2.2.). Наибольшую опасность для рек представляют точечные источники, через которые осуществляется сосредоточенный сброс сточных вод, содержащих широкий спектр загрязняющих веществ (ЗВ). Диффузные источники вносят существенный вклад в формирование антропогенной нагрузки на реки.

В настоящее время нет единой классификации сточных вод, узаконенной правилами или нормами. Ряд классификаций сточных вод и их примесей приводятся в работах по очистке сточных вод. В качестве критериев используется и характер воздействия примесей на водоёмы. Так в РФ широко распространена классификация сточных вод по их действию на водоёмы (таблица 1.2.2).

Таблица 1.2.2

Чтобы установить степень загрязнения водоема, оценить возможность использования воды для питьевого водоснабжения или других целей, используется такая количественная характеристика, как предельно допустимая концентрация (ПДК).

ПДК – максимальное количество вредного вещества в единице объема или массы, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени не вызывает болезненных изменений в организме и неблагоприятных наследственных изменений у потомства.

Для каждого загрязнителя воды ПДК устанавливается законодательно такими государственными документами, как ГОСТ или санитарные правила и нормы (СанПиН). Используются и международные стандарты ИСО (ISO).

Самые строгие ПДК предъявляются к воде рыбохозяйственных водоемов и к воде, предназначенной для хозяйственно-питьевого использования.

Более подробно о ПДК и показателях качества воды можно узнать в приложениях А и Б.

2. Организация мониторинга водных объектов РФ. Основные методы и требования

2.1 Общие положения организации и функционирования государственного мониторинга водных объектов РФ

Государственный мониторинг водных объектов представляет собой организационно-техническую систему регулярных наблюдений, оценки и прогнозирования состояния водных объектов под воздействием природных и антропогенных факторов.

Целью мониторинга водных объектов является создание информационного обеспечения управления Государственным водным фондом в части рационального использования водных объектов и охраны вод от загрязнения и истощения, а также предотвращения вредного воздействия вод (с учетом их взаимодействия с другими компонентами окружающей среды) и сохранения благоприятной для жизнедеятельности человека среды обитания.

В соответствии с указанной целью Государственный мониторинг водных объектов выполняет следующие функции:

-Проведение наблюдений, измерение, регистрация и первичная обработка и обобщение показателей, характеризующих состояние водных объектов, источников антропогенного воздействия на эти объекты и использования водных ресурсов;

-оценка состояния водных объектов и контроль за соответствием его показателей требованиям нормативов и стандартов;

-прогнозирование изменения состояния водных объектов;

-создание и ведение информационных баз данных, обеспечивающих оценку состояния водных объектов и прогнозирование его изменения, а также информационное обеспечение запросов о состоянии водных объектов;

-информирование населения и общественности России об основных показателях экологической обстановки и предупреждение о опасных изменениях в ней;

-обеспечение участия Российской Федерации в международных системах экологического мониторинга.

Мониторинг водных объектов взаимодействует с системами Государственного учета вод (ГУВ) и Государственного водного кадастра (ГВК). Правовой основой ведения Государственного мониторинга водных объектов является Водный Кодекс Российской Федерации, а также соответствующие положения 'Закона Российской Федерации "О недрах" и Закон Российской Федерации "Об охране окружающей среды".

Мониторинг водных объектов является составной частью Единой Государственной Системы Экологического Мониторинга (ЕГСЭМ), разрабатываемой в соответствии с Постановлением Совета Министров - Правительства Российской Федерации от 24 ноября 1993 года №1229 "О создании Единой Государственной Системы Экологического Мониторинга".

К объектам мониторинга водных объектов относятся:

1. Природные водные объекты;

2. Искусственные водные объекты;

3. Источники антропогенного воздействия;

К природным водным объектам относятся:

¾ Поверхностные водные объекты суши – реки, озера, ручьи, болота;

¾ Подземные водные объекты – бассейны и месторождения подземных вод, водоносные горизонты;

¾ Морские воды.

К искусственным водным объектам относятся – пруды, каналы и водохранилища. мониторинг вода загрязнение качество

К источникам антропогенных воздействий на водные объекты относятся:

¾ Источники поступления в водные объекты токсических и вредных веществ;

¾ Источники, приводящие к изменению естественного режима водных объектов;

¾ Источники, связанные с изменением состояния водных объектов (изъятие и поступление использованных или переброшенных из других бассейнов вод).

Создание мониторинга водных объектов осуществляется на основе территориально-ведомственного принципа, предусматривающего максимальное использование возможностей существующих ведомственных систем мониторинга водных объектов и источников антропогенного воздействия на них. Создание и функционирование мониторинга водных объектов базируется на едином организационном, техническом, информационном, методологическом и метрологическом подходе, обеспечивающем взаимодействие этих систем.

С учетом установленного Правительством распределения функций между федеральными органами исполнительной власти, целей и задач мониторинга водных объектов, видов водных объектов, в систему Государственного мониторинга водных объектов выделяются следующие базисные функциональные подсистемы:

– Мониторинг поверхностных вод суши и морской среды (Росгидромет);

– Мониторинг подземных вод (Государственная геологическая служба);

– Мониторинг использования вод и водохозяйственных систем (Государственная водная служба).

Указанные федеральные органы исполнительной власти и их территориальные подразделения осуществляют координацию деятельности соответствующих отраслевых, ведомственных и объектовых служб мониторинга, выполняющих работы в рамках перечисленных базисных функциональных подсистем, а также сбор и обобщение данных. В этом аспекте указанные подсистемы на информационном уровне взаимодействуют с другими подсистемами ЕГСЭМ:

– Воздействия факторов среды обитания на состояние здоровья населения - Госкомсанэпиднадзор;

– Наблюдений за биологическими ресурсами поверхностных вод суши и морей - Роскомрыболовство;

– Источников антропогенного воздействия - Минприроды, а также отраслевые министерства и ведомства;

– Наблюдений за почвами и стоком с сельскохозяйственных территорий - Минсельхозпрод.

В рамках ЕГСЭМ осуществляется также взаимодействие системы мониторинга водных объектов с подсистемами:

– Картографического и геодезического обеспечения (Роскартографии);

– Метрологического обеспечения измерений (Госстандарт);

– Аэрокосмических средств и систем наблюдений (Минобороны Росгидромет);

– Наблюдений и лабораторного контроля МЧС РФ;

– Связи и коммуникаций.

Конкретный механизм функционирования мониторинга водных объектов определяется Положением, утвержденным Правительством Российской Федерации, в котором определяются компетенция, права и обязанности федеральных органов исполнительной власти субъектов федерации, предприятий и организаций, осуществляющих функционирование системы, порядок сбора, обработки и представления информации, ведения специализированных и создание интегрированного банка данных.

Мониторинг водных объектов осуществляется на федеральном, региональном (бассейновом), территориальном и локальном (объектном) уровнях.

На федеральном уровне мониторинг водных объектов осуществляется федеральными информационно-аналитическими центрами базисных подсистем и выполняет следующие функции:

○Обобщение информации о состоянии водных объектов России, поступающей от бассейновых (региональных) и территориальных организаций;

○Контроль достоверности и качества данных, получаемых на всех уровнях мониторинга водных объектов;

○Обеспечение соответствующей информацией федеральных органов управления для подготовки и принятия решений в области водообеспечения населения и народного хозяйства, охраны и восстановления водных объектов, предотвращения вредного воздействия вод и обеспечения экологической безопасности;

○Организация разработки, корректировки, развития и контроля реализации федеральных программ мониторинга, согласование и утверждение территориальных программ;

○Обеспечение информационного взаимодействия между подсистемами Мониторинга водных объектов на федеральном уровне и согласование состава данных информационного взаимообмена на федеральном уровне.

На региональном уровне мониторинг водных объектов выполняет следующие функции:

○Обеспечение сбора, обработки и обобщения информации, поступающей от территориальных организаций;

○Передача обобщенных по регионам данных на федеральный уровень;

○Разработка региональных (бассейновых) программ мониторинга;

○Информирование населения и общественности региона об экологическом состоянии водных объектов, опасных явлениях на водотоках и водоемах;

○Обеспечение информационного взаимодействия между подсистемами мониторинга водных объектов на региональном уровне.

Мониторинг водных объектов на локальном (объектном) уровне осуществляется специальной службой, создаваемой на этом объекте по решению территориального органа власти совместно с одним из федеральных ведомств базисных подсистем, и выполняет следующие функции:

○Проведение наблюдений, измерение, регистрация и обработка данных;

○Передача данных на территориальный (региональный, федеральный) уровень;

○Оценка состояния водного объекта;

○Информирование населения и органов исполнительной власти в случае возникновения экологически опасных ситуаций.

Финансирование работ по ведению мониторинга водных объектов осуществляется за счет средств: федерального бюджета, бюджетов субъектов Российской Федерации, экологических фондов, а также фондов предприятий, организаций и их объединений.

2.2 Контроль качества воды

Как было сказано выше, контроль требований к нормируемым показателям качества воды в водоемах осуществляется периодическим отбором и анализом проб воды из поверхностных водоемов. Согласно ГОСТ 2874−82 анализ проб из поверхностных вод источников водоснабжения отбирают не реже 1 раза в месяц.

Количество проб и места их отбора определяют в соответствии с гидрологическими и санитарными характеристиками водоема и согласовывают с местными органами санитарно-эпидемиологической службы (СЭС). При этом считается обязательным отбор непосредственно в месте водозабора и на расстоянии 1 км выше по течению рек и каналов, а для озер и водохранилищ – на расстоянии 1 км от водозабора в 2-х диаметрально расположенных точках.

В настоящее время наряду с анализом проб воды в лабораториях используют автоматические станции контроля качества воды, которые могут одновременно измерять 8−10 показателей качества воды: концентрацию растворенного кислорода, электрическую проводимость, рН, температуру, уровень воды в водоеме, концентрацию взвешенных веществ, концентрацию меди и т.д.

2.3 Пункты контроля качества воды

Для осуществления контроля качества воды создаются специальные пункты контроля качества, которые делятся на 4 категории.

Пункты I категории располагают на средних и больших водоемах и водотоках, имеющих важное народнохозяйственное значение, в районах городов с населением свыше 1 млн. жителей, местах нереста и зимовья особо ценных видов промысловых рыб, районах повторяющихся аварийных сбросов загрязняющих веществ и в районах организованного сброса сточных вод, в результате которого наблюдается высокая загрязненность воды.

Пункты II категории устраивают на водоемах и водотоках в пределах следующих участков: в районах городов с населением от 0.5 до 1 млн. жителей, в местах нереста и зимовья ценных промысловых рыб (организмов), местах организованного сброса дренажных сточных вод с орошаемых территорий и промышленных сточных вод, в районах со средней загрязненностью вод.

Пункты III категории располагают на водоемах в районах городов с населением менее 0.5 млн. жителей, на замыкающих участках больших и средних рек, устьях загрязненных притоков больших рек и водоемов, районах организованного сброса сточных вод, в результате которого наблюдается высокая загрязненность воды.

Пункты IV категории устраивают на незагрязненных участках водоемов и водотоков, а также на водоемах и водотоках, расположенных на территории государственных заповедников и природных национальных парков.

В каждом пункте должно быть намечено не менее двух-трех створов, в которых производится наблюдения; один выше источника загрязнения и один-два створа ниже источника загрязнения.

2.3.1 Расположение створов в пунктах контроля качества воды

Расположение створов зависит от вида водного объекта, характера его использования и наличия на нем поселений.

На водотоках первый (фоновый) створ целесообразно располагать на расстоянии 1 км выше источника загрязнения, что достаточно для исключения влияния сбрасываемых сточных вод на результаты наблюдений.

На водоемах фоновый створ (вертикаль) размещается вне зоны влияния загрязнения от данного источника, определяемой рекогносцировочным путем или расчетом.

Второй створ предназначен для контроля за изменением качества воды водного объекта вблизи выпуска сточных вод или источника загрязнения. На рыбохозяйственных реках этот створ должен располагаться на расстоянии 0.5 км ниже по течению от места загрязнения, на водоемах это расстояние отмеряется в сторону наиболее выраженного течения. В городах и поселках этот створ целесообразно разместить на 0.5-1 км ниже главного или, если его нет, последнего канализационного коллектора.

Третий створ целесообразно разместить таким образом, чтобы данные наблюдений на нем характеризовали качество воды в целом по поперечному сечению водного потока, то есть он должен находиться в месте достаточного (не менее 80 %) перемешивания сточных вод с водами реки (при рассчитанном расходе реки 95 % обеспеченности). Однако этот створ не должен находиться ниже того места, где концентрация загрязняющих веществ оказывается меньше чувствительности используемых приборов.

2.4 Программы контроля состояния водных объектов РФ

Контроль качества воды проводится по гидрологическим, гидрохимическим и гидробиологическим показателям.

Гидрологические параметры – расход воды, скорость течения и (или) уровень воды.

Гидрохимические показатели качества воды – это показатели, характеризующие ее физические свойства и химический состав – температура, прозрачность, цветность, вкус, запах, водородный показатель рН, окислительно-восстановительный потенциал, удельная электропроводность, содержание растворенных газов, главных ионов, загрязняющих, биогенных и органических веществ.

Гидробиологические показатели качества воды – это показатели, характеризующие наличие и состав в воде фитопланктона, зоопланктона, зообентоса, перифитона, а так же микробиологические показатели.

Качество воды контролируют по определенным видам программ в зависимости от категории пункта.

Таблица 2.4.1 – вид программ контроля качества воды в зависимости от периодичности проведения контроля и категории пункта контроля

Таблица 2.4.2 состав программ контроля качества воды по гидрологическим и гидрохимическим показателям

Таблица 2.4.3 – состав программ контроля качества воды по гидробиологическим показателям

2.5 Методы и приборы контроля качества воды водоёмов РФ

Контроль качества воды водоёмов осуществляется периодическим отбором и анализом проб воды из поверхностных водоёмов: не реже одного раза в месяц. Количество проб и места их отбора определяют в соответствии с гидрологическими и санитарными характеристиками водоёма. При этом обязателен отбор проб непосредственно в месте водозабора и на расстоянии 1 км выше по течению для рек и каналов; для озёр и водохранилищ – на расстоянии 1 км от водозабора в двух диаметрально расположенных точках.

Наряду с анализом проб воды в лабораториях используют автоматические станции контроля качества воды, которые могут одновременно измерять до 10 и более показателей качества воды. Так, отечественные передвижные автоматические станции контроля качества воды измеряют концентрацию растворённого в воде кислорода (до 0,025 кг/м³ ), электропроводность воды (от до Ом/см), водородный показатель рН (от 4 до 10), температуру (от 0 до 40°С), уровень воды (от 0 до 12 м). Содержание взвешенных веществ (от 0 до 2 кг/м³ ). В таблице 2.5.1 приведены качественные характеристики некоторых отечественных типовых систем для контроля качества поверхностных и сточных вод.

Таблица 2.5.1

На очистных сооружениях предприятий осуществляют контроль состава исходных и очищенных сточных вод, а также контроль эффективности работы очистных сооружений. Контроль, как правило, осуществляется один раз в 10 дней.

Пробы сточной воды отбираются в чистую посуду из боросиликатного стекла или полиэтилена. Анализ проводится не позже, чем через 12 часов после отбора пробы. Для сточных вод измеряются органолептические показатели, рН, содержание взвешенных веществ, химическое потребление кислорода (ХПК), количество растворённого в воде кислорода, биохимическое потребление кислорода (БПК), концентрации вредных веществ, для которых существуют нормируемые значения ПДК.

Контролируются два органолептических показателя воды при анализе сточных вод: запах и цвет, который устанавливается измерением оптической плотности пробы на спектрофотометре на различных длинах волн проходящего света.

Величина рН в сточных водах определяется электрометрическим способом. Он основан на том, что при измерении рН в жидкости потенциал стеклянного электрода, опущенного в жидкость, изменяется на постоянную для данной температуры величину (например, на 59,1 мВ при температуре 298 К, на 58,1 мВ при 293 К и т.д.). Отечественные марки рН-метров: КП-5, МТ-58, ЛПУ-01 и др.

При определении грубодисперсных примесей в стоках измеряется массовая концентрация механических примесей и фракционный состав частиц. Для этого применяют специальные фильтроэлементы и измерение массы «сухого» осадка. Также периодически определяются скорости всплывания (осаждения) механических примесей, что актуально при отладке очистных сооружений.

Величина ХПК характеризует содержание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окислителями, и выражается количеством кислорода, необходимым для окисления всех содержащихся в воде восстановителей. Окисление пробы сточной воды производится раствором бихромата калия в серной кислоте. Собственно измерение ХПК осуществляется либо арбитражными методами, производимыми с большой точностью за длительный период времени, и ускоренными методами применяемыми для ежедневных анализов с целью контроля работы очистных сооружений или состояния воды в водоёме при стабильных расходе и составе вод.

Концентрацию растворённого кислорода измеряют после очистки сточных вод перед их сбросом в водоём. Это необходимо для оценки коррозионных свойств стоков и для определения БПК. Чаще всего используется йодометрический метод Винклера для обнаружения растворённого кислорода с концентрациями больше 0,0002 кг/м³ , меньшие концентрации измеряются колориметрическими методами, основанными на изменении интенсивности цвета соединений, образовавшихся в результате реакции между специальными красителями и сточной водой. Для автоматического измерения концентрации растворённого кислорода используют приборы ЭГ – 152 – 003 с пределами измерений 0 ... 0,1 кг/м³ , «Оксиметр» с пределами измерения 0 ...0,01 и 0,01 ... 0,02 кг/м³ .

БПК – количество кислорода (в миллиграммах), необходимое для окисления в аэробных условиях, в результате происходящих в воде биологических процессов органических веществ, содержащихся в 1л сточной воды, определяется по результатам анализа изменения количества растворённого кислорода с течением времени при 20°С. Чаще всего используют пятисуточное биохимическое потребление кислорода – БПК₅ .

Измерение концентрации вредных веществ, для которых установлены ПДК, проводят на различных ступенях очистки, в том числе перед выпуском воды в водоём.

2.6 Основные требования к средствам контроля качества воды

Требования к средствам аналитического контроля воды подразделяются на требования к испытательным лабораториям, к самим средствам измерения (СИ), к вспомогательному испытательному оборудованию лаборатории, в т.ч. к средствам пробоотбора, к средствам метрологического обеспечения, в т.ч. стандартным образцам, методикам выполнения измерений (МВИ). Отдельную группу требований в этой области составляют требования к качеству аналитических услуг, которые характеризуются технической компетентностью персонала, степенью оснащенности лабораторий по определению качества воды.

2.6.1 Требования к испытательным лабораториям

Лаборатории, взявшие на себя функцию выполнения химико - аналитических работ, должны соответствовать требованиям ГОСТ РИСО/МЭК 17025-2000 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий».

Официальное признание технической компетентности лабораторий необходимо для придания юридического статуса результатов приводимых измерений, решения вопросов арбитража и др.

Работа по подтверждению технической компетентности лабораторий, производящих контроль качества воды, осуществляется специальными органами по аккредитации.

2.6.2 Требования к метрологическому обеспечению

К средствам метрологического обеспечения контроля качества воды относятся: стандартные образцы (состава или свойства вещества), эталоны сравнения, поверочные газовые смеси и разбавители, источники микропотоков сред-носителей и т.д.

При выполнении работ в области охраны окружающей среды к средствам измерений предъявляются требования, которые сформулированы в ГОСТ Р 8.315-97 «Стандартные образцы состава и свойств вещества. Порядок изготовления, аттестации и применения». Стандартные образцы (СО) должны быть внесены в соответствующий раздел Государственного реестра СИ, конкретные экземпляры и СО не должны иметь истекший срок годности, недопустимо использовать СО с истекшим сроком утверждения.

Каждый экземпляр СО должен быть снабжен соответствующей этикеткой.

2.6.3 Требование к средствам пробоотбора

Соблюдение требований при отборе проб воды – необходимое условие для получения достоверных результатов анализа.

Действующими нормативами документа установлены требования к отбору проб различных категорий вод и средствам пробоотбора: ГОСТ Р 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб; ИСО 5667-1:1980. Качество воды. Отбор проб. Часть 1. Руководство для составления программы отбора проб; ИСО 5667-10:1992. Качество воды. Отбор проб. Часть 10. Руководство по отбору проб сточных вод. [1]

2.6.4 Требования к средствам и методикам выполнения измерений

Различными нормативными документами в области обеспечения единства измерений предъявляются достаточно жесткие требования к средствам измерения, применяемых при проведении испытаний, в том числе, и при проведении контроля качества воды.

Норма, устанавливающая ограничения на применение только аттестованных методик выполнения измерений (МВИ), содержит ст.9 Закона Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений». Конкретные требования к разработке, аттестации и применению МВИ изложены в ГОСТ Р 8.563-96 «ГСИ. Методики выполнения измерений».

2.6.5 Требования к вспомогательному оборудованию

К вспомогательному оборудованию относятся устройства и приспособления, которые не применяются непосредственно для получения аналитического сигнала, но используются в процессе отбора проб и подготовки их к анализу: средства регистрации аналитического сигнала, не входящие в состав средств измерений (потенциометры, графопостроители и т.д.), устройства, обеспечивающие необходимые условия измерения (вентиляционное оборудование, трансформаторы и др.), лабораторные центрифуги, ротационные испарители, оборудование для получения дистиллированной или деионизированной воды, фильтровальные установки и т.д. Вспомогательное оборудование должно быть надежно в работе и обеспечивать безопасные условия труда.

2.6.6 Требования к результатам аналитических работ

В соответствии с Законом Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений» к результатам измерений в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора (ст. 13 Закона) предъявляются определенные требования, основными из которых являются следующие:

– результаты измерений должны быть выражены в установленных физических единицах;

– погрешность каждого результата должна быть известна;

– погрешность не должна превышать установленных норм погрешности.

Нормативными документами предъявляются требования воспроизводимости и сопоставимости результатов ГОСТ Р ИСО 57725-2- 2002 «Точность (правильность) прецизионность методов и результатов измерений. (Части 1-6)».

Основы законодательства в сфере обеспечения единства измерений определяются Федеральными Законами: «Об обеспечении единства измерений», который был введен в действие с 01.01.94 г., «О техническом регулировании», введенным в действие с 27.06.03 г.

3. Методика расчёта основных показателей качества воды

3.1 Нормирование и регулирование качества воды в водоёмах

Охрана водоёмов от загрязнений осуществляется в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения» (1988 г.). Правила включают в себя общие требования к водопользователям в части сброса сточных вод в водоёмы. Правилами установлены две категории водоёмов: 1 – водоёмы питьевого и культурно-бытового назначения; 2 – водоёмы рыбохозяйственного назначения. Состав и свойства воды водных объектов первого типа должны соответствовать нормам в створах, расположенных в водотоках на расстоянии не менее одного километра выше ближайшего по течению пункта водопользования, а в непроточных водоёмах – в радиусе не менее одного километра от пункта водопользования. Состав и свойства воды в водоёмах II типа должны соответствовать нормам в месте выпуска сточных вод при рассеивающем выпуске (при наличии течений), а при отсутствии рассеивающего выпуска – не далее чем в 500 м от места выпуска.

Правилами установлены нормируемые значения для следующих параметров воды водоёмов: содержание плавающих примесей и взвешенных частиц, запах, привкус, окраска и температура воды, значение рН, состав и концентрация минеральных примесей и растворённого в воде кислорода, биологическая потребность воды в кислороде, состав и ПДК ядовитых и вредных веществ и болезнетворных бактерий (приложения А и Б).

Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу, в связи с чем, их нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие данного вещества. Для водоёмов первого типа используют три типа ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический, для водоёмов второго типа – ещё два вида: токсикологический и рыбохозяйственный.

Санитарное состояние водоёма отвечает требованиям норм при выполнении неравенства:

(3.1.1)

для каждой из трёх (для водоёмов второго типа – для каждой из пяти) групп вредных веществ, ПДК которых установлены соответственно по санитарно-токсикологическому ЛПВ, общесанитарному ЛПВ, органо-лептическому ЛПВ, а для рыбохозяйственных водоёмов – ещё и по токсикологическому ЛПВ и рыбохозяйственному ЛПВ.

Здесь n – число вредных веществ в водоёме, относящихся, положим, к «санитарно-токсикологической» группе вредных веществ;

C_i – концентрация i-го вещества из данной группы вредных веществ;

m – номер группы вредных веществ, например, m = 1 – для «санитарно-токсикологической» группы вредных веществ, m = 2 – для «общесанитарной» группы вредных веществ и т.д. – всего пять групп.

При этом должны учитываться фоновые концентрации C_ф вредных веществ, содержащихся в воде водоёма до сброса сточных вод. При преобладании одного вредного вещества с концентрацией С в группе вредных веществ данного ЛПВ должно выполняться требование:

, (3.1.2)

Использование соотношения (3.1.1) основано на допущении применимости принципа аддитивности вредностей разных веществ, относящихся, например, к четвёртой, «токсикологической» группе вредных веществ. То есть допускается, что интегральная «вредность» многокомпонентной системы вредных веществ может быть определена как арифметическая сумма «вредностей» отдельных компонент. Между тем известно явление синергизма, когда два или более вредных (ядовитых) веществ могут дать эффект вредного действия на организм, во много раз превосходящий сумму действия каждого из них.

Установлены ПДК для более 400 вредных основных веществ в водоёмах питьевого и культурно-бытового назначения, а также, более 100 вредных основных веществ в водоёмах рыбохозяйственного назначения. В таблице 3.1.1 приведены ПДК некоторых веществ в воде водоёмов.

Для самих сточных вод ПДК не нормируются, а определяются предельно допустимые количества сброса вредных примесей, ПДС. Поэтому минимально необходимая степень очистки сточных вод перед сбросом их в водоём определяется состоянием водоёма, а именно, фоновыми концентрациями вредных веществ в водоёме, расходом воды водоёма и др., то есть способностью водоёма к разбавлению вредных примесей.

Запрещено сбрасывать в водоёмы сточные воды, если существует возможность использовать более рациональную технологию, безводные процессы и системы повторного и оборотного водоснабжения – повторное или постоянное (многократное) использование одной и той же воды в технологическом процессе; если стоки содержат ценные отходы, которые возможно утилизировать; если стоки содержат сырьё, реагенты и продукцию производства в количествах, превышающих технологические потери; если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК. Режим сброса может быть единовременным, периодическим, непрерывным с переменным расходом, случайным. При этом необходимо учитывать, что расход воды в водоёме (дебет реки) изменяется и по сезонам, и по годам. В любом случае должны удовлетворяться требования условия (3.1.2).

В соответствии с изложенным, одной из задач мониторинга и регулирования качества вод в водоёмах является задача определения допустимого состава сточных вод.

Таблица 3.1.1 – предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ в водоёмах

Уравнение баланса растворённой примеси при сбросе её в водоток (реку) с учётом начального разбавления в створе выпуска имеет вид:

(3.1.3)

Здесь С_сm , С_р.с , С_ф – концентрации примеси в сточных водах до выпуска в водоём, в расчётном створе и фоновая концентрация примеси соответственно, мг/кг;

n_o и n_р.с – кратность разбавления сточных вод в створе выпуска (начальное разбавление) и в расчётном створе, соответственно.

Начальное разбавление сточных вод в створе их выпуска:

, (3.1.4)

где Q_o = LHV – часть расхода водостока, протекающая над рассеивающим выпуском, имеющим, положим, вид перфорированной трубы, уложенной на дно, м³ /с;

q – расход сточных вод, м³ /с;

L – длина рассеивающего выпуска (перфорированной трубы), м;

H, V – средние глубина и скорость потока над выпуском, м и м/с.

После подстановки (2.5.4) в (2.5.3) получим, что

(3.1.5)

При LHV >> q

(3.1.6)

По ходу водостока струя сточной воды расширяется (за счёт диффузии, турбулентной и молекулярной), вследствие чего в струе происходит перемешивание сточной воды с водой водотока. В конечном счете, створ (сечение) струи расширится до створа водотока. В этом месте достигается максимально возможное для данного водотока разбавление вредной примеси. В зависимости от величин кратности начального разбавления, ширины, скорости, извилистости и других характеристик водотока концентрация вредной примеси (С_р.с ) может достигнуть значения её ПДК в разных створах загрязнённой струи. Чем раньше это произойдёт, тем меньший участок (объём) водотока будет загрязнён вредной примесью выше нормы. Понятно, что самый подходящий вариант – когда условие (3.1.2) обеспечивается уже в самом месте выпуска и, таким образом, размеры загрязнённого участка водотока будут сведены к нулю.

Расстояние от створа выпуска до расчётного створа, то есть до створа с заданной величиной кратности разбавления, n_р.с или – что фактически тоже – с заданной концентрацией вредной примеси, например, равной её ПДК будет равно:

, (3.1.7)

где А = 0,9…2,0 – коэффициент пропорциональности, зависящий от категории русла и среднегодового расхода воды водотока;

В – ширина водотока, м;

х – ширина части русла, в которой не производится выпуск (труба не перекрывает всю ширину русла), м;

j – коэффициент извилистости русла: отношение расстояния между створами по фарватеру к расстоянию по прямой;

Re_д = V H / D – диффузионный критерий Рейнольдса.

Расширение загрязнённой струи по ходу водотока происходит, в основном, за счёт турбулентной диффузии, её коэффициент

, (3.1.8)

где g – ускорение свободного падения, м² /с;

М – функция коэффициента Шези для воды. М=22,3 ;

С_ш – коэффициент Шези, С_ш =40…44 .

После потенцирования (2.8) получается значение n_р.с. в явном виде

. (3.1.9)

Подставив выражение для n_р.с в (3.1.6) и полагая С_р.с = ПДК, получаем:

]. (3.1.10)

Уравнение (3.1.10) означает: если при начальном разбавлении, определяемом величинами L, H, V, и при известных характеристиках водотока j , А, В, х, Re_д , С_ф необходимо, чтобы на расстоянии S от выпуска стоков концентрация вредного вещества была на уровне ПДК и меньше, то концентрация вредного вещества в стоках перед сбросом не должна быть больше величины C_cm , вычисляемой по (3.1.10). Перемножив обе части (3.1.10) на величину q, приходим к тому же условию, но уже через предельно-допустимый сброс C_cm q = ПДС:

. (3.1.11)

Из общего решения (3.1.11) следует тот же результат, который получен выше на основе простых соображений. В самом деле, положим, что решается задача: каким может быть максимальный (предельно допустимый) сброс сточной воды в водоток, чтобы уже в месте выпуска (S=0) концентрация вредного вещества была равна ПДК, а для начального разбавления используется только пятая часть расхода водотока (дебета реки), то есть

LHV = 0,2 Q.

Поскольку при S = 0, n_р.с = 1, из (3.1.11) получаем:

ПДС = 0,2 ПДК

На изложенных принципах, в целом, основывается регулирование качества воды в водотоках при сбросе в них взвешенных, органических веществ, а также вод, нагретых в системах охлаждения предприятий.

Условия смешения сточных вод с водой озёр и водохранилищ отличаются от условий их смешения в водотоках – реках и каналах. Полное перемешивание стоков и вод водоёма достигается на существенно больших расстояниях от места выпуска, чем в водотоках.

Заключение

В проделанной работе в полной мере определена значимость и структурированность мониторинга поверхностных водоёмов. Были рассмотрены:

– классификация водных объектов. Определены основные понятия, виды и источники загрязнений;

– общие положения организации мониторинга поверхностных водоёмов Российской Федерации. Выделены основные функции и объекты исследования;

– методы, процесс контроля качества воды. Обозначены предъявляемые требования к пунктам и средствам контроля и расписаны программы контроля поверхностных водоёмов;

– методики расчёта важнейших показателей качества, позволяющие определить, отвечают ли водоёмы предъявляемым нормам и требованиям;

– нормативные документы в области мониторинга и охраны водных объектов Российской Федерации, которые достаточно содержательные для регулирования этой области.

Можно сделать вывод, что при стремительно возрастающей урбанизации важность контроля качества воды должна стать первостепенной задачей для всего человечества. Ведь банально напоминать, что вода – это жизнь, и какой продолжительности она у нас будет, во многом зависит от нашего разумного поведения.

Список использованных источников

1. Иофин З.К. Мировой водный баланс, водные ресурсы Земли, водный кадастр и мониторинг. -Вологда: ВоГТУ, 2009.-141 с.

2. Селезнева А.В. От мониторинга к нормированию антропогенной нагрузки на водные объекты. -Самара: Изд-во СамНЦ РАН, 2007. -105 с. 3. Молчанова Я.П., Заика Е.А., Бабкина Э.И. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды. -М.: Форум-Инфрам-М, 2007.- 189 с.

4. Панин В.Ф. Теоретические основы защиты окружающей среды. -Томск : ТПУ, 2009. -115с.

5. Трифонов К.И., Девисилов В.А. Физико-химические процессы в техносфере. -М: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007. -240c.

6. Водный кодекс Российской Федерации от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ. 7. Лукашевич О.Д., Колбек М.В., Филичев С.А. Практические работы по экологии и охране окружающей среды. –Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2009. –80с.

8. Цюра Д.В., Ямлеева Э.У. Методы и технические средства контроля качества воды. –Ульяновск: УлГТУ, 2006. –135 с.

9. Постановление Совета Министров-Правительства Российской Федерации от 24 ноября 1993 года № 1229 "О создании Единой Государственной Системы Экологического Мониторинга".

10. Никитенков Б.Ф., Лагутина Н.В. Мониторинг водных объектов и геоинформационные системы. –Москва, 2007. –117с.

11. Internet: http://www.twirpx.com/files/emergency/ – база материалов по безопасности жизнедеятельности и охране труда.

12 Internet: http://www.eac-ecoline.ru/ – материалы центра по экологической оценке.

Приложение А

Сравнительная характеристика отечественных и зарубежных показателей состава и свойств воды, предназначенной для питьевого использования (органолептические, обобщенные показатели, неорганические вещества, показатели радиоактивности)

Приложение Б

Микробиологические и паразитологические показатели воды, предназначенной для питьевого использования

Примечания:

*Определение проводится только в системах водоснабжения из поверхностных источников перед подачей воды в разделительную сеть.

** Определение проводится при оценке эффективности технологии обработки воды.