Контроль качества воды. Учебное пособие для магистрантов направления подготовки 08.04.01 «Современные методы очистки природных и сточных вод»

УДК 628.1.001.42(075.8)

ББК 38.761.1я7

С 32

Рекомендовано к изданию Ученым советом Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры»

08.02.2023 г., протокол № 8

Рецензенты:

Алемасова, А. С., доктор химических наук, профессор, заведующая кафедрой аналитической химии ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет»;

Михальчук, В. М., доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой физической химии ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет».

Братчун, В. И., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автомобильные дороги и аэродромы» ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры».

С32 Сердюк, А. И. Контроль качества воды : учебное пособие для магистрантов направления подготовки 08.04.01 «Современные методы очистки природных и сточных вод» / А. И. Сердюк, О. В. Соболь. – Макеевка : ГОУ ВПО «ДОННАСА», 2023. – 94 с.

Учебное пособие по дисциплине «Контроль качества воды» содержит сведения о различных подходах к контролю качества воды. В нем изложены основные загрязнители воды и их нормативные показатели, методы отбора проб и их хранения, литература и т.д.

Учебное пособие предназначено для магистрантов дневной и заочной форм обучения направления подготовки 08.04.01 «Строительство», профиль «Современные методы очистки природных и сточных вод».

УДК 628.1.001.42(075.8) ББК 38.761.1я7

© А. И. Сердюк, О. В. Соболь, 2023 © ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры», 2023

СОДЕРЖАНИЕ

3.1.Лимитирующий показатель вредности веществ, 28

3

4

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время проблемы загрязнения воды – это проблемы социальные, политические, медицинские, географические, а также инженерные и экономические. Контроль качества и управление качеством воды в водных объектах призваны дать ответ на ряд вопросов, таких как какую воду следует считать чистой и безопасной, какие вещества и в какой концентрации загрязняют воду и т. д. Необходимое качество воды в водоеме может обеспечиваться поддержанием соответствующих гидрохимических и гидрологических режимов. Попадающие в водоем токсиканты изменяют гидрохимический состав поверхностной воды, и в зависимости от концентрации, оказывают влияние на процессы формирования ее качеств. Поэтому контроль состояния водных объектов осуществляется по физическим, химическим, бактериологическим и гидробиологическим показателям.

Предлагаемое учебное пособие посвящено вопросам, связанным с качеством и свойствами природных вод, а также основам и методикам химического анализа.

Аналитический контроль природных, питьевых и сточных вод, без которого невозможно судить об их качественной характеристике,

обязателен при любой работе с водными системами, которая ведется как в лаборатории, так и на производстве.

В настоящее время широко внедряются и весьма успешно используются различные быстродействующие, с повышенной точностью,

многокомпонентные и другие инструментальные методы определения загрязнителей водных систем, однако самыми надежными методами были и остаются традиционные – весовой, объемный, колориметрический и электрометрический, с которых и следует начинать обучение и которыми необходимо владеть в полной мере.

5

Тема 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

1.1.Контактные методы контроля качества воды.

1.2.Дистанционные методы контроля окружающей среды.

1.3.Биологические методы контроля окружающей среды.

Загрязнение окружающей среды – это вызванное антропогенной деятельностью внесение (поступление) в окружающую среду или самопроизвольное возникновение (образование) в ней новых

(нехарактерных) вредных химических веществ, физических факторов,

биологических агентов, превышение за определенное время установленной нормы или естественного многолетнего среднего уровня их количественной характеристики в объеме окружающей среды.

Технология контроля окружающей среды – это совокупность методов (способов) и зафиксированная последовательность операций осуществления наблюдений (измерений), показателей окружающей среды в процессе экологического мониторинга с помощью технических и иных средств для получения информации о состоянии окружающей среды и наличии в ней загрязнений, их характере, качественном составе и количественном содержании в объектах среды.

Средства контроля окружающей среды – совокупность приборов и других технических приспособлений для осуществления мониторинга загрязнений окружающей среды, к которым относятся: приспособления для отбора из объектов окружающей среды проб, их хранения,

транспортировки, идентификации или непосредственного обнаружения загрязняющих веществ или физических факторов в контролируемой среде,

а также устройств для обработки, отображения и передачи получаемой соответствующей информации.

6

Для получения объективной информации о состоянии и об уровне загрязнения различных объектов окружающей среды необходимо располагать надёжными средствами и методами экологического контроля.

Повышение эффективности контроля за состоянием природной среды может быть достигнуто повышением производительности, оперативности и регулярности измерений, увеличением масштабности охвата одновременным контролем; автоматизацией и оптимизацией технических средств контроля и самого процесса.

Средства экологического контроля подразделяются на контактные,

неконтактные (дистанционные), биологические, а контролируемые показатели - на функциональные (продуктивность, оценка круговорота веществ и др.) и структурные (абсолютные или относительные значения физических, химических или биологических параметров - концентрация загрязняющего вещества, коэффициент суммарного загрязнения и др.).

1.1. Контактные методы контроля качества воды

Общая схема контактных методов контроля водных ресурсов

включает этапы:

1)отбор пробы;

2)обработка пробы с целью консервации измеряемого параметра и её транспортировка;

3)хранение и подготовка пробы к анализу;

4)измерение контролируемого параметра;

5)обработка и хранение результатов.

Пробоотбор зачастую предопределяет результаты анализа, так как возможно загрязнение пробы в процессе её отбора, особенно когда речь идёт об измерении ничтожно малых количеств загрязняющего вещества.

Здесь важен и выбор места и средства отбора, и чистота пробоотборников и тары для хранения пробы.

7

В изолированной от природной среды пробе, начиная с момента её взятия, осуществляются процессы «релаксации» по параметрам экосистемы, значения которых определяются кинетическими факторами.

Одни из параметров меняются быстро, другие сохраняются достаточно долго. Поэтому необходимо иметь представление о кинетике изменения измеряемого параметра в данной пробе. Очевидно, чем меньше время от момента взятия пробы до её консервации (или анализа), тем лучше. И все же лучше в параллельно отобранные пробы добавить эталон контролируемого загрязняющего вещества и консервировать эти контрольные пробы через разные временные интервалы. При измерении

«эталонных» образцов одновременно можно получить и градуировочные графики. Такой метод «внутреннего стандарта» желательно использовать и для оценки других факторов, которые могут влиять на результаты анализа (хранение, транспортировка, методика подготовки пробы к анализу и т.д.).

Подготовка пробы к анализу может включать в себя либо концентрирование измеряемого ингредиента, либо его химическую модификацию с целью проявления аналитически наиболее выгодных свойств. Концентрирование достигается двумя путями: методом сорбции анализируемого компонента (на твёрдом сорбенте или при экстракции растворителем), методами уменьшения объёма пробы, содержащей компонент, например путём вымораживания, соосаждения или выпаривания. Конечно, любая такая процедура может влиять на результат анализа, поэтому «внутренний стандарт» необходим.

Эффективность любого метода наблюдений и контроля за состоянием объектов окружающей среды оценивается следующей совокупностью показателей:

•селективностью и точностью определения;

•воспроизводимостью получаемых результатов;

•чувствительностью определения;

8

•пределами обнаружения элемента (вещества);

•экспрессностью анализа.

Основным требованием к выбранному методу является его применимость в широком интервале концентраций элементов (веществ),

включающих как следовые количества, в незагрязнённых объектах фоновых районов, так и высокие значения концентраций в районах технического воздействия.

1.2. Дистанционные методы контроля окружающей среды

Контактные методы наблюдений и контроля за состоянием природной среды дополняются неконтактными (дистанционными),

основанными на использовании двух свойств зондирующих полей

(электромагнитных, акустических, гравитационных): осуществлять взаимодействия с контролируемым объектом и переносить полученную информацию к датчику. Зондирующие поля обладают широким набором информативных признаков и разнообразием эффектов взаимодействия с веществом объекта контроля. Принципы функционирования средств неконтактного контроля условно подразделяют на пассивные и активные.

В первом случае осуществляется приём зондирующего поля, исходящего от самого объекта контроля, во втором производится приём отражённых,

прошедших или переизлученных зондирующих полей, созданных источником.

Неконтактные методы наблюдения и контроля представлены двумя основными группами методов: аэрокосмическими и геофизическими.

Основными видами аэрокосмических методов исследования являются оптическая фотосъёмка, телевизионная, инфракрасная, радиотепловая,

радиолокационная, радарная и многозональная съёмка.

Основными методами неконтактного контроля природных вод являются радиояркостной, радиолокационный, флюоресцентный.

9

Радиояркостной метод использует диапазон зондирующих волн от видимого до метрового для одновременного контроля волнения,

температуры и солёности. Радиолокационный (активный) метод заключается в приёме и обработке (амплитудной, энергетической,

частотной, фазовой, поляризационной, пространственно-временной)

сигнала, отражённого от взволнованной поверхности.

Для дистанционного контроля параметров нефтяного загрязнения водной среды (площадь покрытия, толщина, примерный химический состав) используется лазерный отражательный, лазерный флюоресцентный методы и фотографирование в поляризованном свете.

Флюоресцентный метод основан на поглощении оптических волн нефтью и различии спектров свечения легких и тяжёлых фракций нефти.

Оптимальный выбор длины возбуждающей волны позволяет по амплитуде и форме спектров флюоресценции идентифицировать типы нефтепродуктов.

Геофизические методы исследований применяются для изучения состава, строения и состояния массивов горных пород. К ним относятся:

магниторазведка, электроразведка, терморазведка, визуальная съёмка

(фото-, теле-), ядерная геофизика, сейсмические и геоакустические и другие методы. Основным видом непосредственного изучения опасных геологических процессов и явлений является комплексная инженерно-

геологическая съёмка. Спутниковые данные дистанционного зондирования позволяют решать важные задачи контроля состояния берегов водных бассейнов.

10