1 Аналитический обзор: Современное состояние и тенденции развития методов контроля интегральных показателей водной среды

Глава состоит из разделов, в которых обсуждаются существующие проблемы контроля содержания ЗВ в водных экосистемах. Рассмотрены возможности и ограничения применяемых в настоящее время основных методов определения суммарного содержания органического вещества. Рассмотрены закономерности процессов, способных лечь в основуя интегральных показателей качества природных и сточных вод ― интенсивности озонохемилюминесценции (ОХЛ), кинетики реакции озонолиза, тушения люминесценции контрольного вещества-флуорофора.

1. Методы оценки качества природных вод

Применяемые до настоящего времени способы оценки качества атмосферы, гидросферы и почвогрунтов основаны на сопоставлении в отдельных точках химического состава, физических свойств и микробиологических характеристик с соответствующими регламентированными показателями качества объекта контроля [3]. То есть, сложилась система покомпонентных попарных оценок, где единичные оценки по большому числу исходных характеристик сопоставляются с некоторыми уровнями и нормами, предельными концентрациями и т.п.

Этот традиционный подход приводит к получению огромных массивов информации, осмысление и сопоставление которых находятся за пределами возможностей человека и, соответственно, малопригодных для принятия обоснованного оперативного решения.

Альтернативой является многокритериальная оценка состояния природных объектов [4], предполагающая необходимость проведения процедуры свертывания информации и исключение размерности получаемых величин. Как правило, свертывание информации представляет собой целенаправленный процесс, базирующийся на четко сформулированных принципах выбора или конструирования наиболее информативных переменных – индексов состояния (качества).

Термин «многокритериальная оценка» введен в экологическую литературу в 1994 году В.В. Дмитриевым [5]. Он отражает методологическую основу оценки состояния природных экосистем с помощью построения обобщенных (интегральных) показателей по совокупности критериев оценивания. Для современного этапа исследования природных систем характерен переход от покомпонентных классификаций и типизаций к разработке шкал состояния (качества) для большого перечня частных критериев, характеризующих природные системы [4,6].

Таким образом, складывается методология аналитической оценки природных объектов как по их функционированию, так и по степени загрязненности, основанная на обобщенных показателях состояния, объединенных в систему индексов качества.

В таблице 1 приведены выражения некоторых индексов качества, применяемых в экологическом нормировании, включая недавно предложенный [3] индекс эмиссии летучих веществ из строительных и отделочных материалов. Единой методологии в построении этих индексов нет – они сложились в рамках различных организаций и ведомств (Росгидромет, ГГО им. Воейкова, РАН и др.). Критерий предельно-допустимой концентрации (ПДК) фигурирует как в знаменателе, так и в числителе, вместо ПДК иногда используют фоновые значения концентраций, что, впрочем, вполне логично. Тем не менее, эта стихийно сложившаяся система индексов качества позволяет провести свертку информации и получить безразмерные величины, разбить весь диапазон измерения качества объекта на 4…7 градаций (более семи градаций человек психологически не воспринимает).

Таблица 1 — Индексы качества в экологическом нормировании

Индекс	Выражение	Обозначение
Индекс загрязненности воды	, m=6	ПДКi - предельно-допустимая концентрация i-того вещества; Сi – его концентрация в объекте оценки
Индекс загрязненности атмосферы	, m=3…6	Значения pi=1,7; 1,3; 1,0; 0,9 для веществ классов токсичности I, II, III, IV соответственно
Индекс загрязненности почвы	, m≤6	- фоновая концентрация i-того вещества
Индекс токсичности отходов	, где , m=3	- растворимость токсичного компонента в воде
Индекс эмиссии	, m=6	Сеi - концентрация i - того летучего вещества в равновесной паровой фазе над пробой

Например, результаты расчета созданного в системе Росгидромета индекса загрязненности воды (ИЗВ) позволяют классифицировать водные объекты по семи градациям от «очень чистая» до «чрезвычайно грязная».

Для оценки качества воды кроме ИЗВ используют единичные обобщенные показатели, такие как бихроматная окисляемость, выражаемая в мгО/л – единицах химического потребления кислорода (ХПК). Ее часто называют показателем загрязненности, но это не совсем так. ХПК связано с содержанием в воде растворенного органического углерода, а этот параметр говорит не столько о загрязненности, сколько о биопродуктивности водных экосистем.

Характерно, что Росгидромет при расчете ИЗВ установил два обязательных (из шести) параметра: содержание растворенного кислорода и показатель БПК (биологическое потребление кислорода), характеризующий содержание в воде легкоокисляемых органических соединений. Эти показатели также говорят не столько об измерении загрязненности, сколько о продуктивности экосистемы.

В контроле водных объектов акценты смещены на определение биогенов – веществ, синтезируемых в результате жизнедеятельности организмов и возникающих в результате разложения остатков организмов, но еще не минерализованных. Именно содержание биогенов определяет судьбу водных экосистем и их биопродуктивность, называемую трофностью. Трофность – биопродуктивность водных систем, возникающих в результате естественного накопления биогенов в воде или в результате загрязнения воды внешними источниками биогенов. Поэтому особенно важны для экологической оценки показатели, связанные с суммарным содержанием в воде органического вещества, а оценка качества воды неотделима от оценки состояния водных экосистем [7]. Все попытки построить системы обобщенных показателей для оценки функционирования водных экосистем базируются на комплексной гидробиогеохимической оценке качества, причем наибольший интерес вызывают показатели, имеющие возможно большее число связей с другими факторами и параметрами [8,9].

По Ю.М. Дедкову, обобщенный показатель качества воды – это определяемая непосредственным измерением количественная характеристика свойства воды, обусловленная совместным влиянием содержащихся в ней компонентов и необходимая для оценки ее качества. С помощью обобщенных показателей можно определить, например, суммарную токсичность компонентов воды на различных участках трофической цепи (биотестирование), содержание органических веществ (растворенный органический углерод), буферную емкость водной системы (кислотность, щелочность) и др. [10-12]. Одним из обобщенных показателей является окисляемость компонентов воды, современные методы определения которой детально рассмотрены в работах [13-16]. Кстати, в последнее время Ю.М. Дедков усматривает жесткую дефиницию между терминами «обобщенный» и «интегральный» показатель, определяя интегральный показатель как характеризующий не суммарное свойство компонентов, а суммарное их содержание [3].