3.Отбор проб воды в рекреационных зонах

Воды для купания оценивают после серии анализов воды в течение купального сезона. Точки отбора должны быть содержательными по характеристикам качества воды в местах, используемых для купания, или в местах предполагаемого загрязнения в зависимости от цели отбора проб.

Пробы отбирают аналогичными методами как при отборе проб поверхностной воды.

При отсутствии специального батометра чистую стерильную емкость для отбора проб вводят вверх дном в воду на заданную глубину и заполняют емкость водой, поворачивая ее в разные стороны. При наличии потока воды емкость следует держать против течения (вверх по течению).

Если в местах купания глубина воды менее 1,0 м, то допускается отбирать пробы на меньшей глубине, при минимальном взмучивании донных отложений.

Одной из причин изменения качества воды на пляже может быть ресуспендирование бактерий (дисперсия веществ обратно в воду), адсорбирующихся на глине, иле или органических осадках. Техническими и естественными источниками ресуспендирования, могут быть весенние паводки, шторм, судоходство, которые могут увеличивать санитарные риски.

Неправильно проведенный отбор проб может также привести к ресуспендированию бактерий: при заполнение емкостей водой слишком близко ко дну, взмучивание осадка, движению, создаваемым судном, с которого проводят отбор проб.

4. Отбор проб воды в озерах, реках и морях

Отбор проб для оценки качества природой озерной, речной и морской воды проводят с целью:

- выбора места расположения выпусков сточных вод;

- выбора места расположения водозаборов;

- в черте населенных мест;

- определения мест рекреационного водопользования;

- опреснения природной морской воды и других целей.

При выборе течек отбора проб необходимо учитывать характер прибрежных течений, вертикальную стратификацию, переформирование дна, силу господствующих ветров, приливы и отливы, и другие природные особенности, в том числе сезонные.

Допускается использовать любые устройства для отбора поверхностных и глубинных проб, за исключением емкостей, которые не пригодны для стерилизации.

5. Отбор проб поверхностно-ассоциированных микроорганизмов

Образцы биопленки отбирают путем механического соскабливания с поверхности стерильным шпателем, лопаткой, лезвием или тампоном. Образец биопленки помещают в стерильную емкость и анализируют после гомогенизации. Процедура механического соскабливания разрушает пространственное соотношение микроорганизмов.

Коррозионно-активные бактерии определяют в осадках, полученных после фильтрования жидких проб, или путем декантирования и центрифугирования. Продукты коррозии металла отбирают соскабливанием или действием «водного молотка» за счет резкого изменения давления в водной трубе.

Сульфатредуцирующие бактерии иногда обнаруживаются в воде, но их роль в коррозии металла более надежно доказывается взятием мазка из влажных каверн на поверхности металлических конструкций, находящихся в воде.

6. Предварительная обработка, хранение и транспортирование проб

Под действием физических, химических и биологических процессов происходят значительные изменения состава воды; интенсивность этих процессов возрастает в отобранной пробе. В результате имеет место исчезновение одних и продуцирование других компонентов. Скорость и направленность этих процессов зависят от многих причин (температуры, вида сосуда, взбалтывания, типа воды, природы исследуемого компонента и др.), поэтому необходимо предусмотреть все меры, позволяющие свести к минимуму скорости процессов, изменяющих первоначальный химический состав проб воды, и анализировать пробы по возможности быстрее. Способы консервирования и хранения проб воды для определения компонентов химического состава и физических свойств представлены в (табл. П. 1.1).

Задание индивидуально выдается преподавателем.

Ход работы

1. Определить точки отбора проб воды в поверхностных водоемах в зависимости от целей исследования. Результат нанести на схему водоема.

2. Перечислить методы отбора, хранения и консервирования проб по заданию и (табл. П. 1.1).

3. Описать отбор проб воды в рекреационных зонах, в озерах, реках и морях по заданию. Дать сравнительную характеристику методов.

4. Определить методы отбора проб поверхностно-ассоциированных микроорганизмов.

Лабораторная работа №2

Основные показатели качества воды

Цель работы: Изучение основных показателей качества воды: органолептических, химических, бактериологических.

Теоретические сведения

Мониторинг водных объектов включает наблюдения за поверхностными и подземными водами, донными отложениями и взвесями. При проведении работ широко используются методы химического и физико-химического анализа, позволяющие определить количественный и качественный состав загрязняющих веществ природной воды. Основные показатели, определяемые при лабораторных исследованиях, приведены в табл. 1 [4,5].

Таблица.1

Оценка качества воды по основным показателям

Группа показателей	Характеристика показателей
Физические (органолептические)	Цвет, запах, мутность, прозрачность, температура
Химические	Водородный показатель (рН), содержание растворенного кислорода, биохимическая потребность в кислороде (БПК), окисляемость, содержание азота (аммония, нитратов, нитритов), общее солесодержание, концентрации анионов (хлориды, сульфаты, фосфаты) и катионов
Бактериологические	Бактерии группы кишечной палочки, наличие патогенных микроорганизмов
Гидробиологические	Видовой состав гидробионтов, соотношение сапробных и олигосапробных организмов

Физические (органолептические) показатели воды:

Цвет. При загрязнении водоема стоками промышленных предприятий вода может иметь окраску, не свойственную цветности природных вод. Для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения окраска не должна обнаруживаться в столбике высотой 20 см, для водоемов культурно-бытового назначения - 10 см.

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений трехвалентного железа. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки. Цветность подземных вод вызывается соединениями железа, реже - гумусовыми веществами; цветность поверхностных - цветением водоёмов. Цветность определяют визуально, сравнивая с растворами, имитирующими цветность природных вод. По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 [4] на питьевую воду, цветность воды не должна быть выше 20 (35)^о.

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Запах воды водоемов не должен превышать 2 баллов, обнаруживаемых непосредственно в воде или (для водоемов хозяйственно-питьевого назначения) после хлорирования.

Мутность - содержание взвешенных частиц. Этот показатель качества воды определяют путем фильтрования заданного объема воды через бумажный фильтр и последующего высушивания осадка в сушильном шкафу до постоянной массы. По нормам [4], мутность питьевой воды должна быть не выше 2,6 мг/л.

Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц ила, глины, песка, микроорганизмов, содержания химических веществ. Прозрачность характеризуется предельной глубиной, на которой еще виден специально опускаемый белый диск диаметром около 20 см (диск Секки).

Химические показатели воды:

Водородный показатель (рН). Активная реакция воды - степень её кислотности или щёлочности, определяется концентрацией водородных ионов. При рН = 7,0 реакция воды нейтральная, при рН>7,0 среда щелочная. По нормам [4] рН питьевой воды должен быть в пределах 6,0 − 9,0. Величина рН воды водоемов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5 – 8,5.

Растворенный кислород. Концентрация кислорода, растворенного в водоемах санитарного водопользования, в пробе, отработанной до 12 ч дня, должна быть не менее 4 мг О₂/л в любой период года.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) – это количество кислорода (мг), требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях при 20^о С в результате протекающих в воде биохимических процессов за определенный период времени (БПК за 3, 5, 10, 20 суток).

Окисляемость - это общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильными окислителями (дихроматом, перманганатом и др.). Окисляемость обусловлена содержанием в воде органических веществ и отчасти может служить индикатором загрязнённости источника сточными водами. По [4] окисляемость воды должна быть не выше 5,0 мг/л.

Содержание азота. По наличию, количеству и соотношению в воде азотсодержащих соединений (аммиак, нитриты, нитраты) можно судить о степени и давности заражения воды продуктами жизнедеятельности человека. ПДК в воде аммиака составляет 2,0 мг/л; нитритов - 3,0 мг/л; нитратов - 45 мг/л.

Аниониты: Хлориды присутствуют практически во всех водах, что связано с вымыванием из горных пород хлорида натрия (поваренной соли). Повышенное содержание хлоридов в совокупности с присутствием в воде аммиака, нитритов и нитратов может свидетельствовать о загрязнённости бытовыми сточными водами. ПДК хлоридов 350 мг/л [4].

Сульфаты попадают в подземные воды в основном при растворении гипса, находящегося в пластах. Повышенное содержание сульфатов в воде приводит к расстройству желудка человека. ПДК сульфатов 500 мг/л [4].

Жесткость воды. Различают общую, временную и постоянную жесткость воды. Общая жесткость обусловлена главным образом присутствием растворенных соединений кальция и магния в воде. Временная жесткость (устранимая карбонатная), обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная (некарбонатная) жесткость вызвана присутствием других растворимых солей кальция и магния. По [4] жесткость питьевой воды должна быть не выше 7,0 мг-экв/л.

Фтор. Его недостаток в воде приводит к кариесу, его избыток - к флюорозу, рахиту и малокровию. Оптимальная доза фтора в питьевой воде составляет 1,5 мг/л.

Железо может встречаться в природных водах в следующих видах:

- истинно растворённом (двухвалентное железо, прозрачная бесцветная вода);

- нерастворённом виде (трёхвалентное железо, прозрачная вода с коричневато-бурым осадком или ярко выраженными хлопьями);

- коллоидном состоянии (окрашенная желтовато-коричневая опалесцирующая вода, осадок не выпадает даже при длительном отстаивании);

- железоорганика - соли железа, гуминовых и фульвокислот (прозрачная желтовато-коричневая вода);

- железобактерии (коричневая слизь на водопроводных трубах).

Повышенное содержание железа в воде вызывает потёки на сантехнике, придаёт воде железистый или чернильный привкус. Длительное употребление такой воды для питья вызывает отложение железа в печени. ПДК в воде железа составляет 0,3 мг/л [4].

Общее солесодержание и сухой остаток характеризуют минерализацию (содержание растворенных солей в воде). Сухой остаток - это остаток, полученный после выпаривания отфильтрованной пробы воды и высушенный до постоянной массы при 110–120^оС. Сухой остаток характеризуется содержанием минеральных и частично органических примесей, образующих с водой истинные и коллоидные растворы. По [4] сухой остаток должен быть не более 1000 мг/л.

Содержание общих колиформных бактерий в 10 мл воды не должно превышать 50 или бактерий быть не должно вообще.

Так же отслеживаются свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, бензапирен, ДДТ, хлорорганические соединения и биогенные элементы. Вода и взвеси наблюдаются в характерные гидрологические периоды (половодье, межень, паводки), а донные отложения один раз в год.

Стандартными методами контроля за состоянием загрязнения вод на более низких уровнях являются также определения химического потребления кислорода (ХПК) и биохимического потребления кислорода (БПК):

ХПК - величина, характеризующая общее содержание в загрязнённой воде органических и неорганических восстановителей, реагирующих с сильными окислителями, которую обычно выражают в единицах количества кислорода, расходуемого на окисление.

При анализе состава сточных вод чаще всего применяют многокомпонентные методы, позволяющие определять широкий спектр химических веществ: атомно-эмиссионные, рентгеновские и хроматографические методы.

Задание индивидуально выдается преподавателем.

Ход работы

1. Описать методы определения органолептических показателей качества воды.

2. Описать методы определения химических показателей качества воды.

3. Описать методы определения бактериологических показателей качества воды.

4. Сделать общие выводы о соответствии качества воды.

Лабораторная работа №3

Оценка качества воды поверхностных источников

Цель работы: Оценить по санитарно-гигиеническим показателям качества воды, ее пригодность для использования человеком или в качестве среды для обитания промысловых рыб. Определить зоны чрезвычайной экологической ситуации и зоны экологического бедствия

Теоретические сведения

Предельно допустимая концентрация (ПДК) - утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив. Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.

Значения ПДК включены в ГОСТы, санитарные нормы и другие нормативные документы, обязательные для исполнения, которые учитывают при проектировании технологических процессов, оборудования, очистных сооружений и пр.

В ходе обоснования ПДК для каждого вещества предварительно определяется класс опасности, который характеризует следующие свойства ксенобиотиков:

• способность к накоплению в организме и усиливание эффекта вредного воздействия;

• вероятность вызывать отдаленные последствия (т.е. степень опасности хронического отравления);

• скорость поглощения вещества тканями живого организма (более опасны гидрофильные и липофильные химические соединения, легко проникающие к чувствительным центрам биореципиентов).

Вещества делятся на следующие классы опасности:

• 1 класс - чрезвычайно опасные вещества, для которых проводится полная схема тестирования (острый, подострый, хронический и пожизненный опыты на разных группах животных);

• 2 класс – высоко опасные вещества, изучаемые по развернутой схеме;

• 3 класс – опасные соединения, для которых не ставится хронический эксперимент;

• 4 класс – умеренно опасные вещества, нормируемые по экспрессной схеме.

Экспериментально обосновываются ПДК для водоемов двух классов:

• Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК_в) — это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования [6];

• Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДК_вр) — это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб. В водоеме не должны наблюдаться: гибель рыб и кормовых организмов для рыб, постепенное исчезновение видов рыб и кормовых организмов, ухудшение товарных качеств обитающей в водном объекте рыбы, замена ценных видов рыб на малоценные [7].

При обосновании ПДК одновременно устанавливается ЛПВ – лимитирующий (или минимальный из всех перечисленных значений) показатель вредности по наиболее чувствительному звену.

ЛПВ имеет значение при оценке комбинированного действия смеси веществ. Например, при обнаружении в питьевой воде нескольких химических соединений, относящихся к 1 и 2 классам опасности и нормируемых по одному и тому же признаку вредности, необходимо определить сумму отношений фактических концентраций (C_n) каждого из них к величине его ПДК_n. В результате эта сумма не должна превышать 1:

(1)

Санитарно-гигиеническое нормирование предполагает выделение двух классов качества: с соблюдением гигиенических нормативов ("норма") и с нарушением нормативов ("патология").

Предельно допустимые концентрации и ориентировочно безопасные уровни воздействия вредных веществ на воду рыбохозяйственных водоемов и водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования показаны в (табл. П. 1.2)

С учетом ПДК определяют существующие зоны чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия. При их выявлении так же учитывают экологические показатели. В качестве основных показателей оценки состояния поверхностных вод выбирают токсичные загрязняющие вещества, в том числе обладающие кумулятивными свойствами накапливаться в органах и тканях гидробионтов [табл. П. 1.3].

Для совокупной оценки опасных уровней загрязнения водных объектов при выделении зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия используют суммарный показатель химического загрязнения (ПХЗ₁₀). Этот показатель особенно важен для территорий, где загрязнение химическими веществами наблюдается сразу по нескольким веществам, каждое из которых многократно превышает допустимый уровень ПДК.

ПХЗ₁₀ рассчитывается только при выявлении зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. Расчет производится по десяти соединениям, максимально превышающим ПДК по формуле (2):

(2)

где ПДК_n – рыбохозяйственные значения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в воде;

С_n - концентрация химических веществ в воде.

При определении ПХЗ₁₀ для химических веществ, по которым «относительно удовлетворительный» уровень загрязнения вод определяется как их «отсутствие», отношение условно принимается равным 1.

Для установления ПХЗ₁₀ рекомендуется проводить анализ воды по максимально возможному числу показателей.

В дополнительные показатели для определения зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия включены физико-химические и биологические характеристики, дающие общее представление о составе и качестве вод. Эти показатели используются для дополнительной характеристики процессов, происходящих в водных объектах. Кроме того, в дополнительные характеристики включены показатели, учитывающие способность загрязняющих веществ накапливаться в донных отложениях (КДА) и гидробионтах (Кн), которые определяются по формулам (3, 4).

Определение коэффициента донной аккумуляции:

(3)

где: С_до – концентрация загрязняющих веществ в донных отложениях;

С_вода - концентрация этих же веществ в воде.

Определение коэффициента накопления в гидробионтах:

(4)

где С_{гидробионт} - концентрация загрязняющих веществ в гидробионтах;

С_вода - концентрация загрязняющих веществ в воде.

Задание индивидуально выдается преподавателем.

Ход работы

1. По исходным данным и (табл. П.1.2) с учетом класса опасности и признаков вредности по формуле (1) определить пригодность водоемов для различных целей водопользования: хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного.

2. Определить степень химического загрязнения поверхностных вод и зоны чрезвычайной экологической ситуации по формуле (2) и (табл. П. 1.3).

3. Определить зоны чрезвычайной экологической ситуации с учетом физико-химических и биологических характеристик по формулам (3, 4). Критерии оценки степени химического загрязнения поверхностных вод приведены в (табл. П. 1.3).

4. Сделать общие выводы по применению водоема.

Лабораторная работа №4

Способы отбора и хранения биологических проб

Цель работы: Изучение способов отбора, хранения, консервации и транспортирования биологических проб, для проведения исследований биоразнообразия водоёмов. Определение точек отбора биологических проб.

Теоретические сведения

Оборудование для отбора биологических проб принимаются по ГОСТ 31942-2012 «Вода. Отбор проб для микробиологического анализа» [3].

Для отбора проб фитопланктона используют: батометр и планктонные сети. При использовании сети на мелководье применяют буксирование за лодкой, на глубоких местах - тотальный лов от дна к поверхности.

Отбор проб зоопланктона проводят следующими методами:

-методы, представляющие собой комбинацию водозачерпывания и одновременного отделения планктона от воды в самой воде с помощью планктонных сетей, планктоночерпателей;

-методы, представляющие собой комбинацию раздельного водозачерпывания и последующего отделения от воды, фильтрацией через сетку или отстаиванием.

Метод отбора проб зависит от типа водоема, его глубины и размеров.

Для качественного сбора зоопланктона применяют планктонные сети различных конструкций, используемые с лодок, плота, судна, опуская вручную или с помощью лебедки. Маленькие планктонные сети можно забрасывать с берега, не допуская зачерпывания грунта.

Для количественного сбора зоопланктона в зависимости от цели исследований применяют: количественные сети, батометры, специальные емкости.

Отбор проб перифитона проводят двумя методами: с естественных или искусственных субстратов.

Отбор проб с естественных субстратов проводят с помощью скребков, ножа, скальпеля, пинцета или столовой ложки с заточенным краем.

В качестве искусственных субстратов используют предметные стекла. Стекла укрепляют вертикально, в текучих водоемах параллельно течению для предотвращения оседания детрита, грязи, мусора и т. п. Стекла вставляют в пенопластовые поплавки (резиновые пробки), поплавки надевают на трос. Длительность экспозиции определяется географическим положением, качеством воды изучаемого объекта, сезоном года, целью исследования, но не менее 14 суток.

Для качественного отбора проб макрофитов в зависимости от глубины воды используют следующее оборудование:

- водяные грабельки трех- и шестизубовые (при глубине воды не более 2—3 м);

- якорьки-кошки, двусторонние водяные грабли (при глубине более 2,5—3 м);

- мотки колючей проволоки с грузом;

- драги различных конструкций:

- смотровые трубы, изготовленные из металла, дерева и любого другого материала.

Для количественного отбора проб дополнительно применяют рамы различных типов площадью 1; 0,5 и 0,25 м² и других размеров, квадратные, прямоугольные, круглые, изготовленные из дерева, алюминиевых или синтетических труб и других материалов с расчетом на их плавучесть.

Для отбора проб на фитомассу используют следующее оборудование:

- коса с лезвием длиною 20-25 см, изготовленная из обыкновенной косы, у которой под углом срезают конец лезвия;

- зарослечерпатели (зарослевырезыватели) различных конструкций;

- «тростниковые ножницы».

Метод отбора макрозообентоса выбирают в зависимости от ряда параметров: глубины воды, течения потока, вида объекта отбора и т. п. Для отбора проб применяют сачки, скребки, дночерпатели или тралы.

Рыбы могут быть собраны активно и пассивно в зависимости от места распространения и цели отбора проб.

В ручьях и реках глубиной до 2 м отбор проб проводят по методике электрической ловли рыбы с применением однородных полей постоянного тока и импульсных полей постоянного и переменного тока. На больших реках для отбора проб используют разнообразные механизмы.

Для медленнотекущих рек и стоячих вод предпочтительны сетевые методы. Сети для активной ловли рыбы (кошельковый невод или траловая сеть) применяют в воде, свободной от заграждений. Сети для пассивной ловли рыбы (крючки, траловые сети или рыболовные сети и другие ловушки) применяют там, где встречаются заграждения или водоросли. Специальные ловушки, встроенные в плотину, используют для мигрирующей рыбы.

Методики отбора проб рыбы выбирают в зависимости от приспособлений (размер ячейки сети, характеристики электрического поля), повадки рыб, правовых ограничений на использование электрических ловушек для ловли рыб, состояния пробы рыбы (живая или мертвая).

Хранение и консервация проб

Методы хранения и консервации проб для определений микробиологических и биологических показателей показаны в (табл. П. 1.4).

Транспортирование проб

Емкости с пробами упаковывают таким образом, чтобы упаковка не влияла на состав пробы и не приводила к потерям определяемых показателей при транспортировании, а также защищала емкости от возможного внешнего загрязнения и поломки.

При транспортировании емкости размещают внутри тары (контейнера, ящика, футляра и т. п.), препятствующей загрязнению и повреждению емкостей с пробами. Тара должна быть сконструирована таким образом, чтобы исключить самопроизвольное открытие пробок емкостей.

Пробы, подлежащие немедленному исследованию, группируют отдельно и отправляют в лабораторию.

Для биологических показателей пробы питьевых «чистых» и речных «грязных» вод должны доставляться в отдельных промаркированных контейнерах. После доставки проб контейнеры подлежат дезинфекционной обработке.

Задание индивидуально выдается преподавателем.

Ход работы

1. Описать применяемое оборудование для отбора биологических проб в поверхностных водоемах в зависимости от целей исследования и вида гидробионтов.

2. Описать методы хранения и консервации проб для определения микробиологических и биологических показателей по (табл. П. 1.4).

3. Описать принципы упаковывания и транспортирования проб для определений микробиологических и биологических показателей, в зависимости от целей исследования по заданию.

Лабораторная работа №5

Предварительная оценка реки методами Вудиввиса и Майера

Цель работы: провести комплексную оценку качества воды и биоразнообразия экосистем реки методами Вудиввиса и Майера. Определить класс качества воды и соответствующие им показатели загрязненности водоема. Изучить основные отличительные признаки зон сапробности.

Теоретические сведения

Предварительная оценка реки осуществляется для комплексной оценки качества воды и биоразнообразия экосистем реки. Предварительная оценка реки проводится в следующем порядке [8]:

1. План описания водоема.

2. Способ отбора проб.

3. Определение группы гидробионтов.

4. Оценка состояние водоема.