Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Измерение загрязнённости речной воды (на примере малой ре-ки Малая Кокшага)
Сибагатуллина А. М., Мазуркин П. М.,
1.4. Гидрохимические методы измерения загрязнения
Современные технические средства позволяют определять практически все ингредиенты природного состава вод и антропогенных загрязнений – это методы атомно-абсорбционной и эмиссионной спектрофотометрии для неорганических веществ и хромато-масс-спектрометрии для идентификации нескольких тысяч органических соединений. Однако эти методы из-за сложности аппаратуры, трудоемкости выполнения анализа и значительных материальных затрат используются пока весьма ограниченно [33]. Общим требованием к качеству воды водных объектов любой категории является не превышение фактически наблюдаемого содержания загрязняющих веществ (ЗВ) над величиной ПДК. При загрязнении воды несколькими ЗВ используются комплексные оценки качества воды в природных водоемах [54, 55].
Комбинаторный индекс загрязненности (КИЗ): В гидрохимической практике используется метод интегральной оценки качества воды, по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения. В этом методе для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДКвр – Кi и повторяемости случаев превышения Нi, а также общий оценочный балл – Bi:
; (1.7) 
; (1.8) 
; (1.9)
где: Сi – концентрация в воде i-го ингредиента;
ПДКi – предельно допустимая концентрация – i-го ингредиента для водоемов рыбохозяйственного назначения [10];
NПДКi – число случаев превышения ПДК по i-му ингредиенту;
Ni – общее число измерений i-го ингредиента.
Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды, табл. 1.5 [17].
Таблица 1.5.
Классификация загрязненности воды водных объектов
| Значение комбинаторного индекса загрязненности воды | Класс загрязненности воды | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Условно чистая | Слабо загрязненная | Загрязненная | Грязная | Очень грязная | |
| При отсутствии ЛПЗ | 1 | 1-2 | 2,1-4 | 4,1-10 | 10 |
| 1 ЛПЗ | 0,9 | 0,9-1,8 | 1,9-3,6 | 3,7-9,0 | 9,0 |
| 2 ЛПЗ | 0,8 | 0,8-1,6 | 1,7-3,2 | 3,3-8,0 | 8,0 |
| 3 ЛПЗ | 0,7 | 0,7-1,4 | 1,5-2,8 | 2,9-7,0 | 7,0 |
| 4 ЛПЗ | 0,6 | 0,6-1,2 | 1,3-2,4 | 2,5-6,0 | 6,0 |
| 5 ЛПЗ | 0,5 | 0,5-1,0 | 1,1-2,0 | 2,1-5,0 | 5,0 |
Показатель КИЗ учитывает одновременно показатели качества, содержание которых превышает установленные ПДКвр, повторяемость случаев превышения ПДКвр, кратность превышения ПДКвр. КИЗ используется, в основном, в случае комбинированного воздействия на экосистемы ряда токсичных веществ.
Более совершенным является индекс, получивший название удельного комбинаторного индекса загрязненности (УКИЗ), учитывающий те случаи, когда вода очень сильно загрязнена одним или несколькими загрязняющими веществами, но имеет удовлетворительные характеристики по всем остальным показателям. УКИЗ представляет собой долю индекса КИЗ, приходящуюся на один учитываемый ингредиент. Достоинствами данного метода является сочетание дифференцированного и комплексного подходов к оценке качества воды [18].
Индекс загрязненности воды (ИЗВ). Результаты гидрохимических анализов по множеству показателей дают определять классы качества воды в виде интегральной характеристики загрязненности поверхностных вод.
Классы качества определяются по индексу загрязненности воды (ИЗВ), которая рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значений 6 основных показателей качества воды по формуле
, (1.10)
где: сi – среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это среднее значение за год);
ПДКi – предельно-допустимая концентрация для данного загрязняющего вещества.
В зависимости от полученного ИЗВ водные объекты классифицированы по степени загрязнения следующим образом, табл. 1.6 [16].
Таблица 1.6
Характеристики интегральной оценки качества воды
| ИЗВ | Класс качества воды | Оценка качества (характеристика) воды |
| Менее и равно 0,2 | I | Очень чистые |
| Более 0,2-1 | II | Чистые |
| Более 1-2 | III | Умеренно загрязненные |
| Более 2-4 | 1V | Загрязненные |
| Более 4-6 | V | Грязные |
| Более 6-10 | VI | Очень грязные |
| Свыше 10 | VII | Чрезвычайно грязные |
В число шести основных, так называемых «лимитируемых» показателей, при расчете ИЗВ входят в обязательном порядке концентрация растворенного кислорода и значение БПК5, а также значения еще 4 показателей, являющихся для данного водного объекта наиболее неблагополучными, или которые имеют наибольшие приведенные концентрации (отношение сi/ПДКi).
Такими показателями, по опыту гидрохимического мониторинга водоемов, нередко бывают нитраты, нитриты, аммонийный азот (в форме органических и неорганических аммонийных соединений), тяжелы 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 санитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие вещества обладают относительно большей токсичностью).
В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы. Индексы загрязнения воды сравнивают для водных объектов одной биогеохимической провинции и сходного типа, для одного и того же водотока (по течению, во времени, и так далее).
Данный метод интегральной оценки качества воды получил широкое распространение, определен класс загрязнения практически всех водных объектов. Так, реки Республики Марий Эл по данным Управления природных ресурсов по Республике Марий Эл имеют III, IV классы загрязнения, что соответствует умеренно загрязненной и загрязненной характеристике. Отсутствие соответствия между лабораторными и природными моделями экосистем приводит к тому, что ПДК часто оказываются завышенными. В качестве примера можно привести ситуацию, когда, несмотря на удовлетворительные результаты гидрохимического анализа (т. е. соблюдение ПДК) в водоемах заповедника «Большая Кокшага» (Республика Марий Эл), проведенный гидробиологический мониторинг показал тенденцию к ухудшению экологического состояния пойменных участков реки, что выражалось в изменении структуры зоопланктонных сообществ.
К основным недостаткам [36] относит:
– не учитываются микробиологические показатели, которые часто являются решающими при оценке пригодности воды для пользования;
– выпадают из внимания исследователей многие загрязняющие вещества, не вошедшие в группу из 6 показателей. В качестве разновидности ИЗВ используется показатель химического загрязнения воды ПХЗ-10. При определении ПХЗ-10 учитывается 10 показателей, вместо 6.