Расчет комбинаторного индекса загрязненности воды

Наблюдения за химическим составом воды реки Р в створе А проводили в 1997 г. по 16 ингредиентам (см. табл.). Предварительным обследованием была выявлена высокая ком­плексность загрязненности воды (К_ср = 59,9 %). Необходимо дать комплексную оценку качества воды реки Р в створе А за 1997 г.

Расчет комбинаторного индекса загрязненности воды проводят в соответствии с техникой расчета, изложенной выше. Результаты расчета заносят в таблицу. По каждому ингредиенту проводят следующие вы­числения.

В графу 2 таблицы заносят данные по числу определе­ний. По растворенному в воде кислороду их 12, по БПК₅ воды – 11 и т. д.

В графу 3 таблицы помещают данные по числу определе­ний, превышающих ПДК. По растворенному в воде кислороду превышений ПДК нет, по БПК₅ воды – 9 и т. д.

На основании данных второй и третьей граф определяется повторяемость случаев превышения ПДК:

и т.д.

Результаты помещают в графу 4. По значениям повторяемо­сти на основе прил. 10 определяют частный оценочный балл S_a:

и т.д.

Рассчитывают кратность превышения ПДК в тех результатах анализа, где оно имеет место (графа 6). Затем определяют сред­нее значение кратности превышения ПДК только по тем пробам, где есть нарушение нормативов (графа 7). Например:

= (1,6+1,3+1,7+1,6+1,8+2,6+2,3+3,8+1,0)/9 = 1,97 мг/дм³ по О₂;

= (15,0+15,5+18,5+16,0+19,0+8,0+34,5+3,0+33,0+8,0+9,0)/11=16,3 мг/дм³ по азоту N.

По значениям средней кратности превышения ПДК на основе прил. 11 определяют частный оценочный балл, который помещают в графу 8:
= 1,97; S_ßNO2- = 3,16 и т. д. Определение S_ßi, как и определение S_ai, проводят с учетом линейной интерпо­ляции. Например: ß_NO2- = 16,3. Согласно прил. 11, соответствующий этому значению балл находится между тремя и четырьмя.

Доля частного оценочного балла, приходящаяся на единицу ßi, в этих пределах составляет 0,025. _

Чтобы получить значение балла по ß_NO2-, необходимо к трем прибавить число, полученное в результате действия 6,3 × 0,025 = 0,16, тогда

=3 + 0,16 = 3,16.

Далее определяют обобщенные оценочные баллы по каждому
ингредиенту (графа 9). Например:

;

и т. д.

Значения обобщенного оценочного балла помещают в графу 9 таблицы.

Ингредиенты и показатели загрязненности	ni	ni^’		Sai		_ ßi	Sßi	Si
О2		-	-	-	-	-	-	-
БПК5			81,8	4,0	1,6 + 1,3 + 1,7 + 1,6 + 1,8 + 2,6 + 2,3 + 3,8 + 1,0 = 17,7	1,97	1,97	7,88
Cl^-		-	^-	^-	^-	-	-	-
SO4^2-		-	-	-	-	-	-	-
Feобщ			83,3	4,0	1,6 + 1,8 + 2,4 + 4,5 + 2,7 + 3,4 + 1,3 + 2,0 + 3,0 + 2,8 = 25,5	2,55	2,07	8,28
Nнитратный		-	-	-	-	-	-	-
Nнитритный			91,7	4,0	15,0 + 15,5 + 18,5 + 16,0 + 19,0 + 8,0 + 34,5 + 3,0 + 33,0 + 8,0 + 9,0 = 180	16,3	3,16	12,6
Фенолы				4,0	10 + 9 + 9 + 9 + 9 + 8 + 8 +8 + 8 + 8 + 7 + 7 = 100	8,33	2,79	11,2
Нефтепродукты				4,0	18 + 16 + 19 + 17,6 + 17 + 16 + 17 + 18 + 17 + 17 + 18+ +19,4 =210	17,5	3,19	12,8
Nаммонийный				4,0	25,6 + 20,5 + 21,8 + 20,5 + 23,1 + 20,5 + 21,8 + 21,8 + 23,6 + 23,6 + 23,6 = 270	22,5	3,31	13,2
СПАВ				4,0	2,5 + 2,6 + 2,9 + 1,2 + 1,4 + 1,4 + 1,8 + 1,7 + 1,2 + 2,1 + 2,1 + 2,1 =23,0	1,92	1,92	7,68
Медь				4,0	40 + 44 + 25 + 17 + 14 + 18 + 12 + 38 + 23 + 29 + 8 + 9 = 277	23,1	3,33	13,3
Цинк			81,8	4,0	3,4 + 2,4 + 2,5 + 1,7 + 1,5 + 1,9 + 3,0 + 1,7 + 1,2 = 19,3	2,14	2,02	8,08
Хром		-	-	-	-	-	-	-
Никель			91,7	4,0	1,2 + 1,7 + 1,5 + 1,6 + 1,2 + 1,6 + 1,6 + 1,1 + 2,3 + 1,5 + 1,5 = 16,8	1,53	1,53	6,12
Свинец		-	-	-	-	-	-	-

Расчет комплексных показателей степени загрязненности воды

Значения комбинаторного индекса загрязненности во­ды S_A в створе А определяют как сумму обобщенных оценочных баллов по каждому ингредиенту:

S_A = 7,88 + 8,28 + 12,6 + 11,2 + 12,8 + 13,2 + 7,68 + 13,3 + 8,08 + 6,12= 101,1.

Вычисляют удельный комбинаторный индекс загряз­ненности воды S^’_A:

S^’_A =

По значениям обобщенных оценочных баллов и усло­вию S _ij ³ 9 находят число КПЗ: F = 5 (нитритный азот, фенолы, нефтепродукты, аммонийный азот, соединения меди).

Вычисляют коэффициент запаса k:

k = 1 – 0,1 × 5 = 0,5

Определяют класс загрязненности воды.

Используя прил. 9, подбирают градации класса каче­ства воды, в пределах которых находится значение комбинатор­ного индекса загрязненности воды S_j. Пределы определяют по формуле

L = kNx,

где k – коэффициент запаса;

N – число ингредиентов, взятых для расчета S_j;

х – натуральное число, возрастающее от 1 до 11 в зависимости от класса и разряда.

В данном примере kN = 0,5 × 16 = 8; предельные значения х = (10; 11). Тогда L = (80,0; 88,0). Значение комбинаторного ин­декса загрязненности, равное 101,1, превосходит наиболее высо­кие пределы градаций, поэтому воду реки Р в створе А в 1997 г. по комплексу исследуемых ингредиентов характеризуют как «экс­тремально грязную» и относят к 5-му классу с наихудшим каче­ством воды.

Более простой способ определения класса качества воды – по значению УКИЗВ (6,33) и числу КПЗ (5), согласно прил. 10. В графе, соответствующей значению КПЗ = 5, находим града­цию значений УКИЗВ, в которую входит его значение 6,33 и соответствующие им класс (5-й) и качественную характеристи­ку – «экстремально грязная».

Пример краткой интерпретации полученных ком­плексных показателей.

Превышение ПДК в воде реки Р в створе А наблюда­лось по 10 ингредиентам химического состава воды из 16 опре­деляемых показателей. Значение коэффициента комплексности загрязненности воды по отдельным результатам анализа колеба­лось от 46,7 до 69,2 %, в среднем составляя 59,9 %, что свиде­тельствовало о высокой комплексности загрязнения воды реки Р в створе А в течение всего года.

Для всех загрязняющих ингредиентов в течение года характерна устойчивая загрязненность, что под­тверждается наибольшими значениями частных оценочных бал­лов по повторяемости (S_a = 4). Согласно классификации воды по повторяемости случаев загрязненности, загрязненность воды по всем рассматриваемым ингредиентам определяется как «харак­терная». Уровень загрязненности воды этими ингредиентами раз­личен. По биохимическому потреблению кислорода, СПАВ, со­единениям никеля наблюдался низкий уровень загрязненности воды. Значения частных оценочных баллов для этих ингредиен­тов не превышали 2,00: 1,97; 1,92; 1,53 соответственно. По фено­лам, соединениям железа, цинка имел место средний уровень за­грязненности. Частные оценочные баллы для них составляли со­ответственно 2,79; 2,07 и 2,02. Для нитритного и аммонийного азота, соединений меди и нефтепродуктов характерен высокий уровень загрязненности. Частные оценочные баллы по этим ин­гредиентам составляли соответственно 3,16; 3,31; 3,33 и 3,19.

Наибольшую долю в общую оценку степени загряз­ненности воды вносят соединения меди, аммонийный и нитритный азот, нефтепродукты и фенолы. Общие оценочные баллы этих ингредиентов составляют 13,3; 13,2; 12,6; 12,8 и 11,2 соот­ветственно, что относит их к критическим показателям загрязненности воды этого водного объекта, на которые нужно обра­тить особое внимание при планировании и осуществлении водо­охранных мероприятий.

Таким образом, степень загрязненности воды реки Р в створе А в течение 1997 г. характеризовалась как экстремально высокая, что обусловлено нарушением существующих нормати­вов по девяти ингредиентам. Из числа последних особо выделяют­ся своим высоким загрязняющим эффектом пять показателей хи­мического состава воды: соединения меди, аммонийный и нитритный азот, нефтепродукты и фенолы. По каждому из них в 1997 г. наблюдалась характерная загрязненность высокого уров­ня.

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Аквакомплексы – комплексные химические соединения, образованные с участием атомов металлов и содержащие одну или несколько молекул воды.

Анаэробный процесс – процесс, протекающий без доступа воздуха.

Аэробный процесс – процесс, протекающий при участии кислорода воздуха.

Биогенные элементы – химические элементы или простые соединения, являющиеся продуктами жизнедеятельности организмов или входящие в их состав и играющие важную роль в жизнедеятельности организмов.

Буферные растворы (смеси) – растворы (смеси), способные поддерживать постоянство значения рН (или другой характеристики), например, окислительно-восстановительного потенциала) при изменении состава раствора.

Визуально-колориметрический метод анализа – колориметрический метод, в котором колориметрирование проводится визуально, т.е. непосредственным сравнением окраски пробы с образцом невооруженным глазом либо с использованием простейших оптических приборов (цветных стекол, компараторов и т.п.). В качестве образцов для сравнения обычно используются контрольные шкалы образцов окраски.

Визуальный метод анализа (оценки) – метод, основанный на получении информации невооруженным глазом либо с использованием оптических приборов (микроскопа, лупы, бинокля). Визуальные методы относятся к органолептическим методам анализа.

Гидрохимический мониторинг – система наблюдений за показателями качества воды, позволяющая по результатам исследований за продолжительный период (год и более) прогнозировать состояние водоема с учетом сезонных и суточных факторов, факторов загрязнения и др. факторов.

Гравиметрический метод анализа – метод, основанный на измерении веса пробы в процессе ее обработки (выпаривания, прокаливания) и определении концентрации компонента с учетом разности весов до и после обработки пробы.

Градуировочная характеристика метода –функциональная зависимость в виде графика или формулы, позволяющая по величине оптической плотности пробы или какой-либо другой характеристике химико-аналитического метода определить концентрацию определяемого элемента.

Гуминовые кислоты – сложная смесь органических соединений, образующихся при разложении отмерших растений и их гумификации (т.е. биохимических превращений органических остатков в гумус при участии микроорганизмов, влаги и воды). К гуминовым кислотам относятся гумусовые и гумитомелановые кислоты, фульвокислоты и др.

Загрязнитель воды – любое вещество, находящееся в результате деятельности человека или какого-либо естественного процесса, которое при данной концентрации и условиях может ухудшить качество воды.

Измерение – совокупность действий (операций), результатом которых является получение количественной (полуколичественной) характеристики состава или свойства вещества. Измерение всегда выполняется с какой-либо погрешностью, величину которой считают не превышающей 20-30 % при количественных измерениях и 40-50 % при полуколичественных.

Ингибитор реакции – компонент реакционной смеси, практически не изменяющийся в ходе химической реакции, но снижающий выход реакции либо ее скорость (т.е. тормозящий реакцию).

Индикатор («указатель») – химическое вещество, изменяющее свою окраску или образующее осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Различают индикаторы кислотно-основные (например фенолфталеин и метилоранж при определении pH растворов), адсорбционные (хромат калия при определении хлоридов аргентометрическим методом), окислительно-восстановительные (дифениламин при определении нитратов), комплексометрические (хром темно-синий при определении общей жесткости) и др.

Качество воды – комплексное свойство воды, характеризующее ее пригодность для хозяйственного и пищевого использования, безопасность (безвредность) для человека и водных организмов, а также инертность по отношению к находящимся в контакте с водой природным минеральным компонентам.

Коллоидные растворы – вид дисперсных (гетерогенных) систем, характеризуемых взвешенными в растворителе частицами с размерами частиц (дисперсностью) от 1´10^-6 до 1´10^{-3 мм. Коллоидные растворы обладают рядом характерных свойств, в том числе свойством опалесценции, что выражается в мутности и ухудшении прозрачности.}

Колориметрический метод – метод, основанный на определении концентрации веществ путем измерения интенсивности окраски изменившей первоначальную окраску пробы.

Комплект-лаборатория – портативный измерительный комплект, имеющий в составе все необходимое для выполнения количественных (полуколичественных) анализов воды в полевых и лабораторных условиях. Комплект-лаборатория включает расходные материалы (растворы, реактивы, и др.), принадлежности, паспорт-формуляр и методику
выполнения анализов, адаптированную к уровню образовательных
учреждений.

Макрокомпоненты воды – такие ее компоненты, концентрация которых в растворе превышает 10 мг/л.

Навеска –определенная масса вещества в количестве, необходимом для приготовления растворов, смесей, рецептур и т.п.

Образцовый прибор – прибор, который используется для контроля точности (поверки) рабочего прибора.

Общее железо – показатель качества воды, представляющий собой суммарную массовую концентрацию растворенных в воде соединений железа (II) и железа (III) в различных формах.

Общий фосфор – показатель качества воды, представляющий собой суммарную массовую концентрацию фосфора в воде во всех его возможных формах, т.е. ортофосфатов, полифосфатов, гидроизолирующихся и минерализуемых эфиров, фосфорной кислоты и т.п. Общий фосфор может определяться как в растворенной, так и в твердой фазе воды.

Окисляемость, окисляемость бихроматная, окисляемость перманганатная –см. Химическое потребление кислорода (ХПК).

Органолептические методы анализа – методы, основанные на использовании собственных органов чувств оператора – вкусовых ощущений, визуального (зрительного) восприятия, обоняния.

Ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ) – ориентировочное допустимое значение концентрации вещества, которая при контакте, воздействии или ином использовании не оказывает влияния на здоровье человека, не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства, не оказывает отрицательного влияния на водные организмы. ОБУВ устанавливаются на основе фактических (экспериментальных) данных либо расчетными методами для тех веществ, для которых не установлена ПДК.

Параллельные определения (измерения) – определения, выполняемые одновременно либо сразу последовательно при идентичных условиях (т.е. с использованием одних и тех же растворов, посуды, оборудования и др.).

Погрешности при измерениях – любые неточности, которые могут повлиять на правильность результатов измерений. Различают случайные и систематические, а также грубые погрешности.

Полевые методы анализа –методы анализа, пригодные, в силу некоторых особенностей, для применения как в полевых (экспедиционных), так и в лабораторных условиях.

Потенциометрические методы анализа – методы, основанные на определении концентрации растворенных веществ путем измерения электрических потенциалов опущенных в раствор специальных электродов.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) –предельное максимально-допустимое содержание вредного вещества, которое при контакте, воздействии или ином использовании воды не оказывает влияния на водные организмы и т.п. Различают ПДК для питьевой воды, для воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, для рыбохозяйственных водоемов, для нормативно-очищенных вод.

Реагент – в аналитической химии – соединение, вступающее с определяемым соединением в химико-аналитическую реакцию, сопровождающуюся аналитическим эффектом (например, изменением окраски).

Селективность (избирательность) метода анализа – способность метода корректно определять целевой компонент воды в присутствии других компонентов.

Сигнальные средства контроля воды –средства анализа, позволяющие получить первичную (предварительную) информацию об уровне загрязненности воды. Сигнальные средства используются, как правило, для выявления опасных загрязнений, оповещения населения и специалистов об опасных ситуациях, а также для получения ориентировочных данных о концентрациях загрязнителей, необходимых для последующего точного анализа. Такие средства являются обычно экспрессными и относительно дешевыми.

Сорбция – процесс поглощения вещества из смеси объемом (абсорбция) или поверхностью (адсорбция) другого вещества за счет химических, физическо-химических или иных взаимодействий.

Сумма металлов – показатель качества воды, характеризующий суммарную эквивалентную или массовую концентрацию тяжелых металлов. В качестве таких металлов при построении градуировочной характеристики принято использовать цинк, медь и свинец в соотношении 3:1:1.

Сходимость результатов определений – величина, рассчитываемая по двум значениям результатов определений и характеризующая правильность измерений. Удовлетворительная сходимость результатов, как правило, косвенно свидетельствует об отсутствии грубых и значительных случайных погрешностей при анализе.

Тест-комплект – портативный измерительный комплект, включающий химические расходные материалы, принадлежности и документацию, отличающийся простотой в использовании, имеющий в составе все необходимое для выполнения количественных и полуколичественных анализов воды в полевых и лабораторных условиях.

Титриметрические методы анализа –методы, основанные на определении концентраций растворенных в воде веществ путем измерения объемов, реагирующих с определяемым компонентом растворов, имеющих точно известную концентрацию.

Токсичность – свойство веществ оказывать неблагоприятное (токсическое) воздействие на организм, имеющее количественные характеристики – ПДК, летальная доза и др.

Турбидиметрический метод – метод анализа, основанный на определении концентраций взвешенных в воде веществ путем измерения мутности растворов.

Тяжелые металлы – металлы, имеющие плотность не менее
4,5 г/см³. К тяжелым металлам относятся железо, хром, цинк, свинец, ртуть, марганец, мышьяк (полуметалл) и многие другие. Различают тяжелые металлы – микроэлементы, необходимые организму в малых количествах, и токсиканты, оказывающие токсический эффект даже в малых количествах.

Унифицированный метод –общепринятый метод, используемый повсеместно для одних и тех же целей. Унифицированные методы предполагают использование при анализе аналогичных растворов, реагентов, оборудования, а также способов обработки результатов.

Факторы опасности – в данном случае условия или приемы выполнения операций, создающие опасность (риск, угрозы) наступления неблагоприятных для выполняющих анализы людей последствий – травм, ожогов, отравлений, а также порчи одежды, оборудования, имущества и др.

Фиксанал (стандарт-титр) –запаянная в стеклянную ампулу определенная порция химического вещества, которую растворяют в заданном количестве растворителя (как правило, воды) с целью получения раствора с точно известной концентрацией.

Фотометрические методы анализа –колориметрический метод, в котором при колориметрировании с помощью точного прибора – фотоэлектроколориметра – измеряется оптическая плотность проб, по величине которой с использованием градуировочной характеристики определяется концентрация растворенного компонента.

Химико-аналитическая реакция –химическая реакция между определяемым компонентом раствора и реагентом. В результате химико-аналитической реакции образуются соединения, свойства и концентрации которых позволяют судить о наличии и концентрации определяемого компонента в анализируемой воде. К таким свойствам могут относиться интенсивность окраски (оптическая плотность), электропроводность, потребность в растворе титранта и др.

Химическое потребление кислорода (ХПК) –показатель окисляемости пробы. Является мерой содержания в пробе органических веществ, химически окисляющихся конкретным окислителем в конкретных условиях. В качестве окислителей обычно используются бихромат калия либо перманганат калия. Соответственно различают показатели бихроматная окисляемость (собственно ХПК) и перманганатная окисляемость. Измеряется ХПК в миллиграммах кислорода, химически связанного в окислителях, потребленного на окисление органических и неорганических соединений, содержащихся в 1 л пробы (мгО/л).

Эвтрофикация (эвтрофирование) водоемов –повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления биогенных элементов (главным образом азота и фосфора) под воздействием антропогенных или естественных факторов. Эвтрофикация является естественным процессом, к ускорению которого приводит антропогенное загрязнение окружающей среды. Ускоренная эвтрофикация водоемов приводит к ряду экологически неблагоприятных последствий – бурному росту фитопланктона, гибели бентосных организмов, снижению концентрации растворенного кислорода, помутнению воды и др.).

Экспрессность анализа –качество метода или средства анализа получать информацию быстро, в течение нескольких минут (десятков минут).

Эталонный раствор –искусственно приготовленный раствор компонента в воде, предназначенный для воспроизведения состава воды (концентрации компонента) либо ее свойств (мутности, цветности и др.).

Учебное издание

Петин Александр Николаевич

Лебедева Мария Григорьевна

Крымская Ольга Владимировна

Дата добавления: 2014-12-26