Введение

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

ОЦЕНКА АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ:

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

Задачи занятия:

– получить представление о состоянии поверхностных вод Тульской области;

– ознакомится с методическими положениями, составляющими основу

комплекса мероприятий по охране поверхностных вод от загрязнения;

– ознакомится с технологическими процессами машиностроительной

отрасли, приводящими к загрязнению поверхностных вод;

– рассмотреть методику интегральной оценки степени загрязненности

поверхностных вод.

Введение

Качество водных ресурсов рек, ручьев, водохранилищ, озер, прудов и искусственных каналов, используемых для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения, рыборазведения и культурно-бытовых нужд населения регламентируется «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». В случае одновременного использования водного объекта или его участка для различных хозяйственных нужд, условия сброса сточных вод определяются наиболее жесткими требованиями в ряду одноименных нормативов качества поверхностных вод.

Речная сеть Тульской области принадлежит к бассейнам рек Ока (80 %) и Дон (20 %). В границах области протекает около 1700 рек и ручьев, суммарная протяженность которых составляет 11 тысяч километров. Главная водная арте-рия области – река Упа (правый приток Оки). Её длина – 345 км, площадь водосбора – 9 510 км².

Водные ресурсы малых рек области при обеспеченности 75 % составляют 1,3 км³. Общий объем поверхностных вод – 1,74 км³.

В целях регулирования меженного стока рек, увеличения их водности и аккумуляции паводковых вод в Тульской области существуют 652 пруда с общим объемом 62,5 млн. м³ и площадью зеркала 3,6 тыс.га. Объем 5 водохра-нилищ составляет 208,8 млн. м³.

Контроль за химическим загрязнение поверхностных вод осуществляют органы Госкомгидромета, а также Тульский областной комитет по охране природы.

Согласно «Правилам», водные объекты считаются загрязненными в случае, если показатели состава и свойств воды в них изменились под прямым или косвенным влиянием производственной деятельности и бытового использования населением и стали частично или полностью непригодными для одного из видов водопользования. Критерием загрязненности является ухудшение качеств воды вследствие изменения огранолептических свойств и появления веществ, наносящих вред организму человека, животных, рыб, кормовых и промысловых организмов, а также повышение температуры воды, изменяющей условия для нормальной жизнедеятельности водных организмов.

«Правилами» запрещается сбрасывать в водные объекты сточные воды:

1) которые могут быть устранены путем оптимизации технологического процесса, максимального использования в системах оборотного и повторного водоснабжения или организации бессточных производств;

2) содержащие отходы, которые могут быть утилизированы на данном или других предприятиях;

3) содержащие производственное сырье, реагенты, полупродукты и конечные продукты производства в количествах, превышающие нормативы технологических потерь;

4) содержащие вещества, для которых не установлены предельно допустимые концентрации;

5) которые с учетом их состава могут быть использованы для орошения сельскохозяйственных культур при соблюдении санитарных норм.

Требования к условиям выпуска сточных вод в водные объекты также излагаются в «Правилах».

Запрещается сбрасывать сточные воды в водные объекты без регистрации и получения разрешения в органах по регулированию водопользования и охране вод, без согласования с органами санитарно-эпидемиологической службы и рыбохраны, а также в водные объекты, объявленные заповедными.

На территории Тульской области наиболее грязными водотоками призна-ются реки Упа, Черепеть, Деготня, Тулица и другие. Промышленные и сельско-хозяйственные предприятия, коммунальные объекты обеспечивают превышение ПДК по основным загрязняющим веществам (соединениям азота; солям тяжелых металлов) в десятки раз (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Годовой ход загрязненности поверхностных вод Тульской области

Одним из наиболее серьезных загрязнителей окружающей природной среды в целом и водных объектов в частности являются предприятия машиностроительного комплекса. Машиностроительный комплекс области объединяет около 50 крупных и средних предприятий и более 70 мелких. Как правило, это старые производства с изношенным оборудованием. На многих функционируют неэффективные очистные сооружения или очистка не осуществляется вовсе, и сброс сточных вод производится в хозфекальную канализацию.

Из общего количества сточных вод машиностроительных предприятий 75 % составляют воды, содержащие механические загрязнители; 20 % – масла, ПАВ, нефтепродукты; 5% – химические загрязнения. Наиболее токсичны стоки от гальванических и травильных отделений, которые могут составлять половину общего стока предприятия. Стоки содержат ионы тяжелых металлов (Fe, Zn, Ni, Cr,V), превышающие ПДК в десятки раз (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Распространенность гальванических покрытий, %

Технологические процессы гальванических отделений однотипны и различаются лишь составом промывочных вод, которые подразделяют на кислотно-щелочные стоки (содержат минеральные кислоты и щелочи, соли тяжелых металлов и аммония, ПАВ) и хромсодержащие стоки. Цианистые электролиты повсеместно исключены. На большинстве предприятий стоки не разделяются и единым потоком направляются на общезаводские очистные сооружения. В среднем по предприятиям г. Тулы с 1000 м³ промывочных вод уносится 151 кг Fe; 76 кг Zn; 21,7 кг Cu; 13 кг Al; 12 кг Cr. Другую группу загрязнителей образуют отработанные технологические растворы и электро-литы, применяемые для химической и электрохимической обработки металлов и сплавов.

Согласно «Правилам», нормативы состава и свойств сточных вод, выпус-каемых в водные объекты, устанавливаются применительно к отдельным кате-гориям водопользования. Например, нормативы качества воды водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей, обеспечивают как сохранение и воспроизводство ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду (I категория), так и использование объектов для других рыбохозяйственных целей (II категория).

Состав и свойства воды рыбохозяйственных водных объектов ни по одному из показателей не должны превышать нормативы, приведенные в «Правилах» (ПДК).

Планирование природопользования в регионе, помимо других мероприя-тий, предполагает проведение оценочных исследований качества воды водных объектов, куда осуществляется сброс сточных вод.

Среди методов оценки качества поверхностных вод выделяют методы, использующие единичные, косвенные (не нормативные) и комплексные показа-тели загрязненности. Комплексные показатели могут быть представлены классификациями качества воды по наихудшему показателю из имеющегося набора данных и интегральными индексами качества воды. Разработка подобных индексов активно ведется в России, США, Канаде, Англии и других странах.

В общем случае под индексом качества понимают формализованный показатель загрязненности воды, обобщающий более широкий набор показа-телей и адекватно характеризующий состояние водного объекта.

В настоящее время известно более 20 методов комплексной оценки загрязненности вод, различающихся привлекаемыми показателями (физическими, химическими, бактериологическими, гидробиологическими), их количеством (от 6 до 49), способами формализации данных и классификациями качества вод. Вместе с тем отсутствует единый общепринятый метод комплексной оценки загрязненности поверхностных вод суши.

В данной работе рассматривается метод, базирующийся на сочетании нормативов качества воды (рыбохозяйственные ПДК) и функции Харрингтона (функции желательности). Функция находит свое применение и в гидробиологических исследованиях.

Обобщенная функция Харрингтона D определяется как среднее геомет-рическое частных показателей желательности отдельных свойств воды d_i:

D = (d₁×d₂×d₃…d_n)^1/n.

Показатель качества воды определяется путем преобразования измеренных значений, характеризующих состав и свойства воды, в некоторые безразмерные параметры с использованием шкалы желательности. Интервал значений желательности изменяется от 0 до 1. Значению D = 0 (d = 0) соответствует абсолютно неприемлимое качество; значению D = 1 (d = 1) – самое лучшее качество.

Важное свойство функции D состоит в том, что достаточно хотя бы одного нулевого (близкого к нулю) значения частной функции желательности d_i, чтобы D также имело нулевое (близкое к нулю) значение. Таким образом, при непригодном значении хотя бы одного показателя состава/свойства воды D ® 0, что свидетельствует о плохом качестве воды. Величина D» 1 только в том случае, когда наблюдаются высокие значения всех показателей. Поэтому использование функции Харрингтона позволяет получить более жесткую оценку качества воды по сравнению с традиционно используемым в системе Роскомгидромета индексом загрязненности вод (ИЗВ), рассчитываемым как среднее арифметическое частных показателей состава/свойств воды.

Показатель желательности i-го ингредиента рассчитывается по формуле:

d_i = exp[ – exp(Z_i)],

где Z_i – безразмерная величина, являющаяся функцией превышения концентрации ингредиента над ПДК:

Z_i = А + В×К_i; К_i = С_i/ПДК_i,

где С_i, ПДК_i – наблюдаемая и предельно допустимая концентрация i-го ингредиента в пробе воды.

Интервалы варьирования d_i, D и К для каждого класса качества воды приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2