7. Пробы грунтовых вод.

Пробы грунтовых вод отбирают для определения при­годности грунтовых вод в качестве источника питьевой воды, для технических или сельскохозяйственных целей, определе­ние влияния на качество грунтовых вод потенциально опасных хозяйственных объектов, при проведении мониторинга загряз­нителей грунтовых вод.

Грунтовые воды изучают, отбирая пробы из артезиан­ских скважин, колодцев, родников. Следует иметь в виду, что качество воды в различных водоносных горизонтах может зна­чительно различаться, поэтому при отборе пробы грунтовых вод следует оценить доступными способами глубину горизон­та, из которого отобрана проба, возможные градиенты подзем­ных потоков, информацию о составе подземных пород, через которые пролегает горизонт. Поскольку в точке отбора пробы может создаться концентрация различных примесей, отличная от всего водоносного слоя, необходимо откачивать из скважи­ны (или из родника, делая в нем углубление) воду в количест­ве, достаточном для обновления воды в скважине, водопрово­де, углублении и т.п.

14. Пробы воды из водопроводных сетей.

Пробы воды из водопроводных сетей отбирают в целях определения общего уровня качества водопроводной воды, по­иска причин загрязнения распределительной системы, контро­ля степени возможного загрязнения питьевой воды продуктами коррозии и др.

Для получения репрезентативных проб при отборе воды из водопроводных сетей соблюдают следующие правила;

— отбор проб проводят после спуска воды в течение 10-15 мин — времени, обычно достаточного для обновления воды с накопившимися загрязнителями;

— для отбора не используют концевые участки водопро­водных сетей, а также участки с трубами малого диаметра (ме­нее 1,2см);

— для отбора используют по возможности участки с турбулентным потоком — краны вблизи клапанов, изгибов;

— при отборе проб вода должна медленно течь в пробоотборную емкость до ее переполнения.

Отбор проб с целью определения состава воды (но не ка­чества!) проводится также при изучении сточных вод, вод и па­ра котельных установок и др. Подобные работы имеют, как пра­вило, технологические цели, требуют от персонала специальной подготовки и соблюдения дополнительных правил безопасно­сти. Полевые методы вполне (и часто весьма эффективно) могут быть использованы специалистами и в этих случаях, однако, по указанным причинам, мы не будем рекомендовать их к работе образовательных учреждений, населения и общественности, и описывать соответствующие методики отбора проб.

15. Методические приемы комплексной оценки состояния воды. Расчет индекса загрязнения воды.

Метод комплексной оценки степени загрязненности позволяет однозначно скалярной величиной оценить загрязненность воды одновременно по широкому перечню ингредиентов и показателей качества воды, классифицировать воду по степени загрязненности, подготовить аналитическую информацию для представления государственным органам и заинтересованным организациям в удобной, доступной для понимания, научно обоснованной форме [2].

4.2 Метод расчета комплексных показателей дает возможность формализовать процессы анализа, обобщения, оценки аналитической информации о химическом составе воды и трансформировать ее в относительные показатели, комплексно оценивающие степень загрязненности и качество воды водных объектов.

4.3 Для комплексной оценки загрязненности поверхностных вод используют результаты режимных наблюдений за состоянием воды водных объектов.

4.4 Применительно к условиям и данным режимного мониторинга для объективного установления качества воды водных объектов и достоверного определения степени их загрязненности используют сочетание дифференцированного и комплексного способов оценки.

Методической основой комплексного способа является однозначная оценка степени загрязненности воды водного объекта по совокупности загрязняющих веществ:

- для любого водного объекта в точке отбора проб воды;

- за любой определенный промежуток времени;

- по любому набору гидрохимических показателей.

5.1.4 В качестве норматива используют предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов, а также водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования [3 - 6] - наиболее жесткие (минимальные) значения из совмещенных списков, рекомендуемых для подготовки информационных документов по качеству поверхностных вод. Для веществ, на которые нормативными документами предусмотрено их полное отсутствие в воде водных объектов, в качестве ПДК условно принимается 0,01 мкг/дм3 [7].

5.1.5 Конструктивной особенностью метода комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям является проведение на первом этапе детального покомпонентного анализа химического состава воды и его режима и последующее использование полученных оценочных составляющих на втором этапе для одновременного учета комплекса наблюдаемых ингредиентов и показателей качества воды.

Уровень загрязненности воды данного водного объекта в конкретном пункте наблюдений, определяемый через относительную характеристику, рассчитанную по реальным концентрациям совокупности загрязняющих веществ и соответствующим им нормативам, является первым составным элементом метода комплексной оценки.

Расчет комплексных показателей проводится по результатам наблюдений за загрязненностью рек и водоемов, выполненных по единым методикам в лабораториях оперативно-производственных подразделений УГМС Росгидромета [8]. Это позволяет исключить влияние различий в результатах анализа, связанных с использованием разных методов определения отдельных ингредиентов. При необходимости можно использовать данные о химическом составе воды, полученные в других ведомствах, а также результаты каких-либо специальных наблюдений, проведенных научными, производственными и другими организациями. Однако непременным условием их использования является единая методологическая основа проведения отбора проб и химического анализа воды.

5.3.3 Должна быть обеспечена сопоставимость исходных данных по количеству информации по каждому показателю, числу используемых показателей, их перечню, точности исходной информации и требуемой точности ожидаемых результатов.

5.3.4 Перед началом расчетов определяют перечень ингредиентов и показателей, на основании которого рассчитываются комплексные показатели. Для подготовки информационных материалов рекомендуется пользоваться тремя перечнями (приложение В).

Обязательный перечень № 1 используется при подготовке информационных материалов для административных органов. Он включает 15 загрязняющих веществ, наиболее характерных для большинства поверхностных вод всей территории Российской Федерации. Расчет комплексных оценочных показателей по единому списку обеспечит корректность проведения сравнения качества поверхностных вод в территориальном аспекте как при оценке состояния загрязненности воды за любой временной промежуток, так и при определении любых его изменений.

Рекомендуемый перечень № 2 используется при расчете УКИЗВ для тех створов и пунктов, где есть необходимость, помимо веществ, указанных в обязательном списке, учесть специфические загрязняющие вещества.

Свободный перечень № 3 составляется потребителем для конкретных исследований или задач.

5.3.5 В расчете комплексных показателей используют только нормируемые ингредиенты и показатели состава и свойств воды водного объекта [3 - 6].

5.3.6 При выполнении специальных заказов выбор перечня ингредиентов и показателей проводится в зависимости от цели оценки, наличия результатов химического анализа воды и с учетом программы наблюдений.

Количество учитываемых показателей регламентируется поставленными целями оценки, с учетом программы наблюдений, а также наличием данных о химическом составе поверхностных вод.

Нижний предел количества учитываемых ингредиентов определяется их минимальным числом, достаточным для характеристики качества исследуемой воды по всем лимитирующим показателям вредности. Верхний предел количества учитываемых ингредиентов не ограничивается. Оптимальное число учитываемых в процессе оценки ингредиентов может составлять от 10 до 25.

5.3.7 Достаточность объема исходной информации определяется исходя из требуемой точности оценки, длительности оцениваемого временного интервала.

По каждому ингредиенту проверяется наличие информации в необходимом объеме. Последний определяется изменчивостью ингредиентов в период обобщения, которая в свою очередь зависит от скорости превращения веществ, условий разбавления сточных вод речными и других факторов, а также требует знания особенностей формирования химического состава воды водного объекта и поведения интересующих веществ. Перечисленное учитывается при установлении категории пункта стационарных наблюдений. Категорией пункта определяется и объем сведений о химическом составе воды. Минимальное количество данных - 4 пробы в течение года или одна проба в квартал (в гидрологическую фазу); максимальное количество данных не ограничивается.

5.3.8 По каждому учитываемому ингредиенту или показателю загрязненности ряд наблюдений проверяется на «характерность», «типичность» данных [9]. Концентрации, соответствующие уровням высокого загрязнения и экстремально высокого загрязнения, в расчеты включают при условии надежности получения этих данных.

5.3.9 При проведении расчетов комплексных показателей с целью сравнительной оценки качества воды в различных пунктах наблюдений, на различных участках водных объектов, либо различных водных объектах используются материалы равной репрезентативности, т.е. должны быть идентичными перечень учитываемых ингредиентов, число взятых для рассмотрения результатов анализа, их полнота, распределение в течение рассматриваемого периода времени и т.д.

индекс загрязнения воды (ИЗВ):

m

ИЗВ = ∑ K_i

j=1

где n - число веществ; К_i - кратность превышения ПДК 1-го ве­щества.

При его расчете следует учитывать, что химические веще­ства в воде нормируются по органолептическому и санитарно-токсикологическому признаку.

оценки качества вод расчеты ведут для n = 6…7 загрязняющих веществ, включая : О2, БПК, СПАВ, рН.

Модификации данного метода: УКИЗВ - удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (В.И.Губанов и др. 1997, 2000), рассчитывается по двадцати пяти ингредиентам, вносящим наибольший вклад в загрязнение вод.

Достоинства:

• простота определения,

• учет разнородных параметров,

• сопоставимость результатов,

• и спользование базы данных ГВК.

ПХЗ-10 - показатель химического загрязнения

Определяется по 10 веществам, среди которых: О2, БПК, взвешенные вещества, вещества азотной группы и наиболее характерные для конкретного водного объекта (если Сi/ПДКi >1, то принимается Сi/ПДКi =1)

В - комбинаторный индекс загрязнения

Noi - количество случаев превышения ПДКi,

i-ым загрязняющим веществом, из общего

количества данных наблюдений Ni

К - относительная загрязненность воды

Показатель Эрисмана

Учитывает загрязняющие вещества по четырем критериям:

• санитарный (Wс): О2, БПК, ХПК и характерные загрязняющие вещества

• органолептический (Wорг): запах, взвешенные вещества,

• санитарно-токсикологический (Wст.);

• эпидемиологический (Wэ).

15. Аппаратура для отбора проб воздуха. Технические и технологические проблемы экологического мониторинга.

Для удобства отбора проб в производственных условиях широко применяют аспирационные устройства, включающие побудитель расхода, расходомерное устройство, позволяющие отбирать вещества в различном агрегатном состоянии. Аспирационные устройства подразделяют в зависимости от следующих факторов:

1) расхода воздуха – на малорасходные и высокорасходные;

2) источника энергии – на сетевые, аккумуляторные, универсальные и ручные;

3) объекта отбора проб – на устройства для газовых и аэродисперсных примесей;

4) степени автоматизации программы работ – на аспираторы ручного управления, при использовании которых начало и режим отбора пробы фиксируются оператором; полуавтоматические, работа которых прекращается по достижении заданного времени или объёма пропущенного воздуха; автоматические, работающие без вмешательства оператора;

5) количества одновременно отбираемых проб – на одноканальные и многоканальные;

6) условий эксплуатации – на стационарные, переносные, а также индивидуальные пробоотборники.

Для создания потока воздуха через пробоотборные устройства используются ручные и водяные аспираторы, а также различные типы электромеханических аспираторов. Среди ручных аспираторов весьма распространены пружинные мхи с известным объёмом, резиновые груши, ручные насосы (поршневые и беспоршневые), откалиброванные шприцы различной вместимостью, газовые пипетки. В качестве водяных аспираторов обычно используют специальные соизмеренные стеклянные ёмкости, заполненные водой, выполняющие роль рабочего тела.

В электромеханических аспирационных устройствах для отбора проб воздуха рабочей зоны используют

ротационные воздуходувки и диафрагменные насосы. Ротационные воздуходувки отличаются малыми габаритами и массой, которые меньше, чем у аналогичных поршневых насосов. В корпусе воздуходувки вращается ротор со вставленными в пазы лопастями, которые при вращении ротора прижимаются к внутренним стенкам корпуса и обеспечивают всасывание воздуха. Применение ротационных воздуходувок весьма ограничено в связи со сложностью регулирования производительности в широких пределах, кроме того, они создают сильный шум при работе.

Простыми и экономичными побудителями расхода воздуха являются диафрагменные насосы. В простейшем виде такой насос подобен поршневому насосу, в котором поршень заменён пульсирующей диафрагмой. Единственными движущимися деталями, находящимися в соприкосновении с перекачиваемой средой, являются диафрагма и клапаны. В связи с простой конструкцией и отсутствием быстроизнашивающихся деталей диафрагменные насосы наиболее надёжны в эксплуатации. По основным технико-экономическим показателям (масса, рабочее давление, производительность) диафрагменные насосы превосходят широко распространённые плунжерные и поршневые насосы или равноценные. Кроме того они дешевле.

Диафрагменные насосы более долговечны в эксплуатации, так как срок службы диафрагм намного превышает эксплуатационные данные уплотняющих элементов поршневых насосов. Расходом вещества обычно называют массу или объём вещества, проходящие через определённое сечение канала в единицу времени. Приборы или комплекты приборов, определяющие расход вещества в единицу времени, называют расходомерами. Расходомер может быть снабжен счётчиком, показывающим массу или объём

вещества, прошедшего через прибор за какой-либо промежуток времени. В зависимости от принципа действия расходомеры бывают переменного перепада давления и постоянного перепада давления. В основу принципа действия расходомеров переменного перепада давления положено измерение перепада

давления на местном сужении (сопротивлении), введённом в поток. При протекании вещества через сужение средняя скорость потока увеличивается, и часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую энергию. В результате статическое давление потока после сужения уменьшается, т.е. возникает перепад давления. Если измерить давление до сужения и непосредственно за ним, то разность давлений будет зависеть от скорости потока, а следовательно, и от расхода.

В комплект расходомера переменного перепада давления входят сужающее устройство, дифференциальный манометр (дифманометр) и вторичный прибор для передачи результатов на расстояние. В качестве сужающих устройств применяют нормальные диафрагмы, сопла и трубы Вентури, сегментные диафрагмы и др. Дифманометры, предназначенные для измерения расхода, делятся по принципу действия на поплавковые, колокольные, мембранные, сильфонные, кольцевые и др. Принцип действия расходомеров постоянного перепада давления основан на зависимости от расхода вещества вертикального перемещения тела (поплавка), изменяющего при этом площадь проходного отверстия прибора так, что перепад давления по обе стороны поплавка остаётся постоянным. Из этого типа расходомеров наибольшее распространение получили ротаметры и поплавковые расходомеры. Ротаметры – расходомеры с поплавком, перемещающимся вдоль длинной конической трубы. При изменении положения поплавка проходное сечение между ним и внутренней стенкой конической трубки изменяется, что ведёт к изменению скорости потока в проходном сечении, а следовательно, к изменению перепада давления на поплавок. Перемещение поплавка продолжается до тех пор, пока перепад давлений не станет равным массе поплавка. Каждому значению расхода среды, проходящему через ротаметр при определённой плотности и кинематической вязкости, соответствует вполне определённое положение поплавка. Для поплавковых расходомеров характерен поплавок обычной конической формы, перемещающийся внутри отверстия. Их характерными особенностями являются дистанционная (электрическая или пневматическая) передача положения поплавка, незначительный ход поплавка, обычно не превосходящий его диаметр. Кроме того, к наиболее распространённым расходомерам относятся газовые счётчики («газовые часы»), обеспечивающие наибольшую точность измерения. Погрешность измерения объёма пропущенного воздуха для газового барабанного счетчика ГСБ-4 не превышает 1 %. Фиксация анализируемых ингредиентов пробы внутри пробоотборного устройства производится чаще всего с использованием методов обогащения (концентрирования) определяемых веществ, которые различаются при анализе аэрозолей и при анализе газо- и парообразных примесей.

Основным методом концентрирования проб при анализе аэрозолей являются механическая фильтрация воздушного потока через инерционные преграды (аэрозольные фильтры типа АФА, фильтры из ткани Петрянова, пористые фильтры Шотта и др.).

Для гравиметрического определения концентрации аэрозолей и твёрдых частиц применяют фильтры АФА-ВП, изготовленные из тонковолокнистого перхлорвинилового волокна. Фильтры имеют небольшую массу и гидрофобны. Для химического (реагентного) анализа аэрозолей предназначены фильтры ЛФА-ХП, изготовленные из трёх видов ультратонких волокон;

Для отбора химических веществ из воздуха используют различные типы сорбционных устройств (коллекторы). Они различаются материалом, из которого изготовлены, формой и размером. Для изготовления коллекторов следует использовать материалы, которые не сорбируют химические вещества.

Для отбора паров веществ различной химической природы наибольшее распространение получили прямые

сорбционные трубки различных размеров, изготовленные из стекла. Наибольшее распространение получили абсорберы со стеклянными пористыми пластинками, поглотительные сосуды Рихтера, Зайцева.

Отбор проб из воздуха в охлаждаемые ловушки рекомендуется при отборе нестабильных и реакционно-

способных соединений (например бенз(а)пирен из выхлопных газов). Отбор проб сводится к пропусканию исследуемого воздуха со скоростью не более 1 дм3/мин через охлаждаемую ловушку с большей поверхностью, например через стальные или стеклянные трубки, заполненные инертным материалом, которые служат для увеличения охлаждающей поверхности.

Поскольку при вымораживании примесей из больших объёмов воздуха в ловушке одновременно конденсируются и пары воды, перед ловушкой необходимо помещать осушитель (карбонат калия, фосфорный ангидрид, цеолиты). Осушитель подбирают таким образом, чтобы он задерживал влагу из воздуха и не задерживал исследуемое вещество.

Задача технико-технологического обеспечения экологического мониторинга сводится к выбору оптимального комплекта технических средств наблюдения и контроля из числа серийно выпускаемых различными предприятиями и ведомствами на основе нормативной базы экологического мониторинга.

Информативность мониторинга во многом зависит от уровня технических средств (оснащенности службы), поэтому при комплектовании парка приборов необходимо руководствоваться всем комплексом нормативов контроля, регламентирующим объемы, периодичность, требуемую точность и достоверность, а также полноту наблюдений. Обязательное условие обеспечения требуемой информативности  использование ЭВМ и средств мониторинга на их основе.

Ведомственная служба экологического мониторинга должна иметь полный комплект необходимых технических средств для контроля всех основных параметров загрязнений окружающей среды. Обычно состав загрязнителей воздуха, воды, почв достаточно точно прогнозируется (оксиды азота, углеводороды и др.) и поэтому задача экологического контроля сводится к количественному определению концентраций известных загрязнений. Для этого ведомственные службы экологического контроля достаточно оснастить комплексными передвижными лабораториями анализа качества воздуха, воды, почв.

Организации экологической службы, ее техническому оснащению для контроля какой-либо определенной территории с находящимися на ней источниками техногенеза должны предшествовать научно-исследовательские работы, необходимые для исследования и прогнозирования возможных загрязнений (по составу и объемным концентрациям). Результаты исследований служат основанием для комплектования контрольных служб техническими средствами измерений и анализа состава и концентраций загрязнителей.

Инспекционные службы применяют разные методы и средства экологического контроля. Все они равноправны по критериям информативности, точности и достоверности.

вычислительные средства обработки информации используются практически на всех уровнях сети. В стационарных и передвижных постах загрузчик данных не только управляет работой анализаторов, но и производит их первичную обработку. В локальных и центральном вычислительных центрах определяются по моделям уровни загрязнения среды по основным и дополнительным ингредиентам, строятся карты изолиний, рассчитываются прогнозы, вычисляются вероятные источники загрязнений и т.п.

Вычислительный центр сети мониторинга загрязнений выполняет следующие функции:

 управление работой сети наземных измерений в оперативном, штормовом режимах и режиме проверки работоспособности;

 сбор информации от стационарных постов и передвижных лабораторий контроля загрязнений;

 ведение банков данных оперативного и долговременного хранения информации с обеспечением надежности хранения информации и защиты от несанкционированного доступа;

 обработка информации для получения общей картины загрязнений для вычисления прогнозов, интегральных оценок экологического состояния среды и др.;

 подготовка и выдача информации о загрязнениях в плановом порядке в виде сводных таблиц, картографического материала и т.п.;

 передача информации в автоматическом режиме в главный вычислительный центр.

Сеть передачи данных наземных измерений со станций экологического мониторинга обеспечивает регулярную (один раз в 10 мин, 30 мин, 1 ч и т.п.) передачу данных измерений от стационарных постов и передвижных лабораторий, передачу данных, поступающих от населения о тревожных и аварийных ситуациях и от вычислительного центра пользователям информации (исполнительной власти, населению и т.п.) по каналам связи.

Информация, передаваемая от стационарных постов и передвижных лабораторий, невелика по объему (сотни байт), но передается достаточно часто. Скорость передачи данных невелика  сотни бит в секунду. Требования к надежности передаваемых данных не предельно жесткие, так как протекающие в атмосфере и воде процессы имеют высокую скорость распространения.

Данные от вычислительного центра пользователям должны передаваться 1-2 раза в сутки, объем их достаточно велик (до нескольких десятков килобайт). Поэтому скорость передачи и требования к надежности передачи данных должны быть достаточно высоки.

Информационное обеспечение системы комплексного экологического мониторинга должно содержать следующие элементы:

 упорядоченную структуру информационных потоков (входных, внутренних, выходных);

 инфраструктуру собственно информационной базы данных;

 методики сбора данных от стационарных и передвижных постов;

 методики передачи данных, полученных от постов различного уровня, включая лидары;

 методики обработки данных и расчета интегральных показателей состояния окружающей среды;

 методики определения источников выбросов;

 структуру пользовательских организаций сети и эксплуатационных служб.

Состав программного обеспечения сети комплексного экологического мониторинга следующий:

 развитые операционные системы;

 стандартные базы данных;

 картографическое и графопостроительное обеспечение;

 мониторы для управления сбором данных.