Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экология. Практикум для бакалавров и специалистов всех профилей
.pdf
Практическая работа №4. Изучение критериев оценки
загрязнения гидросферы
Цель работы: изучить и приобрести практические навыки
расчета некоторых критериев оценки качества водных объектов,
использующихся при проведении оценки воздействия на окружающую
среду. Рассчитать комплексный индекс загрязнения воды ИЗВ для водного
объекта. Установить класс чистоты водоема по отобранным пробам.
1. Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах
Под качеством воды понимается совокупность показателей,
характеризующих физические, химические, бактериологические,
органолептические и другие свойства воды, в том числе ее температуру
(Федеральный закон «О водоснабжении и водоотведении» №416-ФЗ от
07.12.2011). Требования к качеству природных вод регламентированы
СанПиНом 2.1.3684-21 [20].
Нормирование качества воды состоит в установлении для водного
объекта совокупности допустимых значений показателей ее состава и
свойств, в пределах которых надежно обеспечиваются здоровье населения,
благоприятные условия водопользования, экологическое благополучие
водного объекта, пригодность ее для обитания водных биологических
ресурсов и обеспечивают безопасность продукции из них.
Нормативы качества воды (выраженные через ПДК, ОБУВ, ОДУ)
зависят от целей использования воды водных объектов:
1) хозяйственно-питьевое – использование водных объектов или их
участков в качестве источника хозяйственно-питьевого
водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой
промышленности;
2) культурно-бытовое – использование водных объектов для купания,
занятий спортом и отдыха. К этому виду водопользования относятся
и участки водных объектов, находящиеся в черте населенных мест,
независимо от их использования;
3) рыбохозяйственное значение.
Водные объекты рыбохозяйственного назначения подразделяются
на 3 категории:
высшая категория – места расположения нерестилищ,
массового нагула и зимовальных ям особо ценных и ценных
видов рыб, других промысловых водных организмов, а также
51
51
охранные зоны хозяйств для искусственного разведения и
выращивания рыб, других водных животных и растений;
первая категория – водные объекты, используемые для
сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих
высокой чувствительностью к содержанию кислорода;
вторая категория – водные объекты, используемые для других
рыбохозяйственных целей.
Предельно допустимой концентрацией химических веществ
природных вод принимается концентрация вещества в воде, при
превышении которой она становится непригодной для установленного
вида водопользования.
При концентрации вещества, равной или меньше ПДК, вода так же
безвредна для всего живого, как и вода, в которой полностью отсутствует
данное вещество.
Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв), – это
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.
Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого
для рыбохозяйственных целей (ПДКвр), – экспериментально
установленный рыбохозяйственный норматив максимально допустимого
содержания загрязняющего вещества в воде водного объекта, при
котором в нем не возникают последствия, снижающие его
рыбохозяйственную ценность.
Разработка рыбохозяйственных нормативов осуществляется научноисследовательскими институтами и другими специализированными
организациями с проведением токсиколого-рыбохозяйственных
исследований. Рыбохозяйственные нормативы качества воды
устанавливаются в виде ПДК, для веществ, ПДК на которые не
установлены, могут быть установлены ОБУВ (ориентировочно безопасный
уровень воздействия) – временный рыбохозяйственный норматив
содержания загрязняющего вещества в воде водного объекта.
Предельно допустимая концентрация вещества в воде
устанавливается для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового
водопользования (ПДКв) с учетом трех лимитирующих признаков
вредности (ЛПВ):
52
52
органолептического;
общесанитарного;
санитарно-токсикологического.
Для рыбохозяйственного водопользования (ПДКвр) с учетом пяти
лимитирующих признаков вредности:
органолептического;
санитарного;
санитарно-токсикологического;
токсикологического;
рыбохозяйственного.
Лимитирующий признак вредности ЛПВ – признак,
характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества
в воде.
При разработке санитарно-гигиенических ПДК применяют ряд
методологических принципов.
1. Многие химические вещества могут тормозить естественные
процессы самоочищения, в основном биохимическое окисление
органических веществ, что часто приводит к ухудшению общего
санитарного состояния водоема (дефициту кислорода, гниению,
появлению сероводорода и т. д.). В этом случае устанавливают ПДК
по общесанитарному признаку вредности.
2. Промышленные стоки и содержащиеся в них вредные вещества
могут изменять органолептические свойства воды (мутность, запах,
привкус, температуру). В этом случае устанавливаются такие предельные
концентрации, которые не воспринимаются органами чувств человека.
Такой подход несколько субъективен, поскольку чувствительность
физиологических рецепторов человека очень высока. ПДК,
установленные по органолептическому признаку вредности, часто
являются более жесткими (более низкими), чем установленные по другим
признакам вредности.
3. Вредные вещества могут оказывать токсическое действие при
непосредственном контакте или попадании в организм. Поэтому для
вредных веществ устанавливают ПДК по токсикологическому признаку
вредности.
Таким образом, для одного вещества могут быть установлены
предельные концентрации по перечисленным признакам вредности. Ионы
меди оказывают токсическое воздействие при концентрации 10 мг/л,
нарушают процессы самоочищения в водоеме при концентрации 5 мг/л, а
придают вкус при концентрации 1,0 мг/л.
53
53
Вещества, попадающие в водоемы рыбохозяйственного назначения,
могут оказывать различные воздействия и имеют следующие виды ЛПВ:
- токсикологический – прямое токсическое действие веществ на
водные биологические ресурсы;
- санитарный – нарушение экологических условий при попадании
вещества в воду водного объекта рыбохозяйственного значения: изменение
трофности водных объектов; гидрохимических показателей: кислорода,
азота, фосфора, pH; нарушение самоочищения воды водных объектов:
БПК5 (биохимическое потребление кислорода за 5 суток); численность
сапрофитной микрофлоры;
- санитарно-токсикологический – действие вещества на водные
биологические ресурсы и санитарные показатели водных объектов
рыбохозяйственного значения;
- органолептический – образование в воде водных объектов
рыбохозяйственного значения пленок и пены на поверхности воды,
появление в воде посторонних привкусов и запахов, выпадение осадка,
появление опалесценции, мутности и взвешенных веществ, изменение
цвета воды водных объектов. При этом указывается расшифровка
характера изменения органолептических свойств воды водных объектов
рыбохозяйственного значения (зап. – запах; мутн. – мутность; окр. –
окраска; пен. – пена; пл. – пленка; привк. – привкус; оп. – опалесценция).
Одно и то же вещество для водоемов, используемых для нужд
населения, может нормироваться по одному ЛПВ, а для
рыбохозяйственных – по-другому.
Например, аммиак для хозяйственно-питьевого водопользования
нормируется по общесанитарному ЛПВ (2 мг/л), а для рыбохозяйственных
водоемов – по токсикологическому ЛПВ (0,05 мг/л).
Если водоем используется для нескольких видов водопользования, то
в качестве ПДК выбирается самая низкая, то есть самая жесткая
предельно допустимая концентрация вещества.
При сбросе в водоемы нескольких загрязняющих веществ и от
нескольких источников действует то же правило, что и при выбросе
нескольких загрязнений в атмосферу: в случае присутствия в воде водного
объекта двух и более веществ 1 и 2 классов опасности, характеризующихся
однонаправленным механизмом токсического действия, в т.ч.
канцерогенных, сумма отношений концентраций каждого из них
к соответствующим ПДК не должна превышать единицу.
54
54
где Сi – концентрация отдельных веществ, нормируемых по
одинаковому ЛПВ I и II классов опасности;
ПДК – предельно допустимые концентрации суммируемых веществ
соответственно.
Нормирование качества питьевой воды производится в соответствии с
санитарными правилами и нормами СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические
нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или)
безвредности для человека факторов среды обитания» [18].
Согласно нормативам, питьевая вода должна быть безопасна в
эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому
составу и иметь благоприятные органолептические свойства.
Нормативы состава и свойств воды и водных объектов установлены
для двух категорий водопользования:
первая – использование водных объектов в качестве источника
питьевого и хозяйственно-бытового водопользования, а также для
водоснабжения предприятий пищевой промышленности;
вторая – использование водных объектов для рекреационного
водопользования.
Содержание химических веществ не должно превышать
гигиенические ПДК и ОБУВ в воде водных объектов, согласно:
СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к
обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов
среды обитания»;
Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного
значения (приказ Минсельхоза России № 552 от 13.12.2016) [17].
2. Комплексная оценка качества поверхностных вод
по индексу загрязненности воды (ИЗВ)
К категории наиболее часто используемых показателей для оценки
качества водных объектов относят гидрохимический индекс загрязнения
воды ИЗВ.
Гидрохимический показатель ИЗВ является аддитивным показателем
и представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго
лимитированному числу индивидуальных ингредиентов и вычисляется по
формуле (4.1):
55
55
Качественное состояние
воды
Значения ИЗВ
Класс качества воды
Очень чистые
< 0,2
I
Чистые
0,2 – <1,0
II
Умеренно загрязненные
1,0 – <2,0
III
Загрязненные
2,0 – 4<,0
IV
Грязные
4,0 – <6,0
V
Очень грязные
6,0 – <10,0
VI
Чрезвычайно грязные
≥10,0
VII
, (4.1)
где n – число показателей, используемых для расчета индекса;
Сi – концентрация химического вещества в воде, мг/л;
ПДКi – предельно допустимая концентрация вещества в воде, мг/л.
При определении ИЗВ для водных объектов хозяйственно-питьевого
и культурно-бытового видов водопользования расчет ведут по величине
ПДКв для шести компонентов, включая растворенный кислород (О2) и
биологическое потребление кислорода за 5 дней (БПК5), а также четыре
ингредиента, имеющие наибольшие приведенные концентрации
(отношение Сi/ПДКi), независимо от того, превышают они ПДК или нет.
Внимание! Для кислорода находится отношение ПДК
к Ci.
i
Такими показателями, по опыту гидрохимического мониторинга
водоемов, нередко бывают нитраты, нитриты, аммонийный азот
(в форме органических и неорганических аммонийных соединений),
тяжелые металлы (медь, марганец, кадмий и др.), фенолы, пестициды,
нефтепродукты, СПАВ.
Для расчета ИЗВ показатели выбираются независимо от
лимитирующего признака вредности, однако при равенстве приведенных
концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим санитарнотоксикологический признак вредности (как правило, такие вещества
обладают относительно большей токсичностью).
В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов
подразделяются по качеству на 7 классов, представленных в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Классификация качества воды водоемов в зависимости
от комплексного ИЗВ
56
56
Мониторинг загрязнения поверхностных вод на территории города
№
п/п
Ингредиенты
ПДК, мг/л
Водоем
Участвуют в
расчете ИЗВ
(6 наимено-
ваний)
Концентра-
ции
веществ
С, мг /л
Сi/ПДКi
1
О2, мг О2/л,
> 6,0
+
2
БПК5, мгО2/л
2,1
+
3
Кальций (Са2+)
180,0
4
Магний (Mg2+)
40,0
………………
ИЗВ =…
Ульяновска и Ульяновской области проводится согласно программе работ
Ульяновского ЦГМС – филиала ФГБУ «Приволжское УГМС».
Наиболее информативной комплексной оценкой является удельный
комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ), который
рассчитывается по четырнадцати ингредиентам, вносящим наибольший
вклад в загрязнение поверхностных вод, и класс качества воды. Значение
УКИЗВ может варьировать в водах различной степени загрязненности
от 1 до 16.
В зависимости от величины коэффициента УКИЗВ качество воды
оценивается пятью классами: чем выше значение УКИЗВ, тем ниже
качество воды.
3. Задание для самостоятельной работы
Необходимо определить экологическое состояние и пригодность
водного объекта, используемого в рыбохозяйственных целях, а также
предложить способы решения возникающих проблем.
1. Рассчитайте комплексный индекс загрязнения воды (ИЗВ) водоема
по данным таблицы 4.3 в соответствии с вариантом задания и таблицы 4.4
«Критерии оценки поверхностных вод».
2. Вначале подсчитайте отношение С
/ПДК
i
для каждого ингредиента
i
и показателя в водоеме. По вышеприведенной формуле рассчитывают ИЗВ
в каждом пункте наблюдения. Для этого рассчитайте среднее
арифметическое шести наибольших значений отношения С
/ПДК
i
i
включая растворенный кислород и биологическое потребление кислорода
за 5 дней (БПК5). Результаты расчета представьте в виде таблицы 4.2.
Таблица 4.2
Индекс загрязнения воды
,
57
57
3. Установите класс чистоты (по ИЗВ) по семибалльной шкале согласно
таблице 4.1.
4. Какие источники могут определять высокие уровни загрязнения
воды в рассматриваемых водоемах? Определите качественное состояние
воды и степень ее пригодности для представленных видов
водопользования.
Контрольные вопросы
1. Какие цели водопользования выделяются в водном законодательстве?
2. В чем отличие ПДК химических веществ в воде водоема хозяйственно-
питьевого и культурно-бытового водопользования от
рыбохозяйственного?
3. В чем отличие ПДК от ОБУВ?
4. Какие нормы качества воды по загрязняющим веществам используются
при разработке нормативов предельно допустимого сброса в водные
объекты?
5. Где можно найти информацию о предельно допустимых концентрациях
загрязняющих веществ в воде водоемов?
6. Что относится к органолептическим признакам вредности в воде?
7. Какое ПДК необходимо выбрать при нормировании воды в водоеме, если
он используется для нескольких видов водопользования?
8. Как определяют класс качества воды?
9. Каким образом определяется индекс загрязненности воды (ИЗВ)?
10. Какие показатели входят в число шести основных так называемых
лимитируемых показателей при расчете ИЗВ?
11. Каковы источники загрязнения воды и какие современные методы
улучшения качества воды в водоемах известны?
58
58
Таблица 4.3
Вариант
О
2
раство-
ренный
БПК
5
,
мгО
2
/л
Кальций
(Са
2+
)
Магний
(Mg
2+
)
Сульфат
ион (SO
4
2-
)
Хлорид
ион(Cl
-
)
Минера-
лизация
Азот
аммиачный
Азот
нитритный
Азот
нитратный
Фенолы
Нефтепро-
дукты
Железо
общее
Медь (Cu
2+
)
Цинк (Zn
2+
)
Хром (Cr
6+
)
1
11,2
5,4
95,1
-
236,3
458,6
326,0
0,18
0,82
0,34
0,002
0,035
0,50
0,001
0,02
-
2
6,4
6,2
84,6
54,9
-
420,0
1370
0,30
0,48
1,2
-
0,10
1,0
0,020
0,05
0,003
3
5,6
8,9
100,4
50,4
600,5
-
887,4
0,60
1,1
2,3
0,020
0,29
1,2
-
0,06
0,008
4
7,0
5,5
158,4
128,2
1098
316
2716
0,01 - 0,2
0,003
0,02
0,51
0,002 - 0,006
5
8,5
1,07
41,9
26,5
75,0
37,5
433,2
0,52
0,02
-
0,004
0,09
0,5
0,002
0,03
-
6
6,9
7,5
92,2
40,7
310,1
215,2
908,0
-
0,158
1,43 - 0,14
1,0
0,002
0,06
0,002
7
5,9
8,9
110,4
-
200,5
207,4
887,4
2,60
1,0
2,1
0,017
0,29
1,2
-
0,06
0,005
8
10,4
10,3
136
44,2
370,6
259,1
1306
0,46
0,186
0,8
0,001
-
0,20
0,012
0,02
-
9
7,5
5,6
158,4
128,2
1098
316
2716
0,11
0,004
0,1 - 0,02
0,51
0,003
0,04
0,004
10
9,9
4,4
65,1
56,1
248,3
354,3
487,0
0,28
0,05
-
0,001
0,04
0,5
0,001
0,038
-
11
8,3
1,67
41,9
46,5
175,0
237,5
433,2
-
0,02
0,30
0,001
-
0,5
0,002
0,025
0,005
12
7,6
6,7
84,6
49,8
466,8
-
1370
0,30
-
1,5
0,001
0,10
0,80
0,024
0,05
0,003
13
6,6
7,8
72,2
75,4
-
215,2
908,0
0,80
0,158
2,43
0,002
0,23
1,05
0,002
0,06
-
14
11,5
9,3
146
44,1
370,6
359,1
1306
0,15
0,186
0,8
-
0,15
0,21
0,013
0,02
-
15
7,9
4,6
128,4
120,6
1098
398,0
2716
0,05
0,004
0,1 - 0,09
0,50 - 0,04
0,003
16
8,3
1,07
40,9
26,5
74,0
28,5
433,2
0,2
0,02
0,36
0,004
0,07
0,4
0,003
-
-
17
5,0
9,9
100,4
50,4
200,5
207,4
887,4
0,60
1,0
2,0
0,021
-
1,2
-
0,06
0,005
18
8,0
4,5
178,4
108,2
1198
306
2716
0,04
0,015
0,2 - 0,02
0,51
0,002
0,08
-
19
12,0
8,3
144
42,2
368,6
249,1
1306
0,14 - 0,1
0,004
0,05
0,20
0,012 - 0,002
20
9,5
5,07
150,9
-
384,0
428,5
1433
0,19
0,02
0,46
0,003
0,07
0,4
-
0,03
0,003
59
Задание для самостоятельной работы. Концентрации веществ в водоеме, мг/л
59
Таблица 4.4
№
п/п
Ингредиенты и показатели
Лимитирующий признак
вредности
Предельно
допустимая
концентрация, мг/л
1
2
3
4
1
Растворенный кислород
общие требования
> 6
2
БПК
полное
общие требования
3,0
3
БПК
5
общие требования
2,1
4
Аммоний солевой (NH
4
+
)
токсикологический
0,5
5
Нитрат-ион (NO
3
-
)
токсикологический
40,0
6
Нитрит-ион (NO
2
-
)
токсикологический
0,08
7
Нефть и нефтепродукты
рыбохозяйственный
0,05
8
Фенолы
рыбохозяйственный
0,001
9
Железо (Fe3+)
токсикологический
0,1
10
Медь (Cu2+)
токсикологический
0,001
11
Цинк (Zn2+)
токсикологический
0,1
12
Хром (Cr3+)
санитарнотоксикологический
0,07
13
Хром (Cr6+)
санитарнотоксикологический
0,02
14
Никель (Ni2+)
токсикологический
0,01
15
Кобальт (Co2+)
токсикологический
0,01
16
Свинец (Pb2+)
токсикологический
0,006
17
Мышьяк (As3+)
токсикологический
0,05
18
Ртуть (Hg2+)
токсикологический
0,00001
19
Кадмий (Cd2+)
токсикологический
0,005
20
Марганец (Mn2+)
санитарнотоксикологический
0,01
21
Фтор (F-)
токсикологический
0,05
22
Цианиды (CN-)
токсикологический
0,05
23
Сульфиды (S2-)
санитарнотоксикологический
0,005
24
ДДТ, ДДЗ, ГХЦГ,
фосфорорганические
пестициды
токсикологический
Отсутствие
25
Бензол
токсикологический
0,5
26
Фурфурол
токсикологический
0,01
27
Метанол
санитарнотоксикологический
0,1
28
Калий (катион) (K+)
санитарнотоксикологический
50,0
29
Кальций (катион) (Ca2+)
санитарнотоксикологический
180,0
Критерии оценки поверхностных вод водных объектов
рыбохозяйственного назначения [17]
60
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]