Физические и физико-химические свойства воды

26.02.2011 г.

На главную раздела "Академик Сапунов В.Б."

5. Гидрохимия

Гидрохимические обследования велись регулярно в период 1998–2003 гг. Сбор данных выполнялся на участке от деревни Овино Тихвинского района до деревни Чудская Бокситогорского района. Часть оценок выполнялась в полевых условиях лабораторией «Пчелка» и приборами, описанными ниже. Часть анализов выполнялась в лабораториях Научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН.

Даже предварительный анализ в полевых условиях показал, что концентрация основных загрязнителей: нитратов, нитритов, фосфатов, тяжелых металлов – не превышает ПДК (см. предыдущий раздел). Следовательно, возможности биологической самоочистки реки при существующих объемах загрязнения еще не исчерпаны.

5.1. Физические и физико-химические свойства воды

Предварительный анализ физических свойств воды осуществлялся непосредственно в полевых условиях. В ходе экспедиции 2000 года были проведены следующие оценки состояния воды: 1) рН; 2) мутность (посредством мутномера волоконно-оптического Тритон-1 в единицах ЕМФ); 3) коэффициент оптической плотности (посредством колориметра ФК-120 при длине волны 400 нм как доля потока, поглощенного при прохождении через кювету). В некоторых случаях для проверки также оценивали прозрачность воды диском Секи. В ходе экспедиции для гидрохимического анализа были взяты восемь проб воды из (приведены номера, под которыми они далее фигурируют в таблицах):

озера Еглино (13.08);
реки Тихвинка на территории деревни Горка близ вытекания реки из оз. Озерское (15.08);
озера Озерское, в северной части (16.08);
реки Тихвинка у деревни Порожек (16.08);
озера Дымское близ Дымского монастыря (18.06);
реки Рядань в месте впадения в реку Тихвинка (19.08);
водозабора города Тихвин – разлива реки Тихвинки (21.08);
реки Тихвинка в устье близ деревни Цвылево (21.08).

          На базе НИЦЭБа были проведены следующие гидрохимические анализы: 1) оценка рН; 2) оценка мутности; 3) определение химического потребления кислорода (ХПК); 4) определение концентрации следующих ионов: железа (Fe), нитратов (NO₃), нитритов (NO₂).

          рН – концентрация ионов водорода, отражающая кислотность воды, – определялась на иономере И-130 со стеклянными электродами ЭСП-4307. Мутность определяли как концентрацию взвешенных частиц мг на литр, выраженную в Фемах посредством фотокалориметра СФ-42. При этом мутность дистиллированной воды принималась за ноль.

          Химическое потребление кислорода (ХПК) – общая концентрация кислорода, равная количеству бихромата, потребленному растворенным и взвешенным веществом при обработке пробы воды данным окислителем в определенных условиях [Фомин, Ческис, 1992].

          В международном стандарте ИСО 6060 представлен метод определения ХПК воды, который применим к большинству вод со значением ХПК выше 30 мг/дм³. Химическое потребление кислорода воды, определенное бихроматным методом, можно считать приблизительной мерой теоретического потребления кислорода, т.е. ХПК – это количество кислорода, потребленное при общем химическом окислении органических компонентов до неорганических конечных продуктов.

          Сущность метода заключается в нагревании испытуемой пробы в концентрированной серной кислоте с известным количеством бихромата калия в присутствии серебряного катализатора, в течение определенного промежутка времени. Затем проводят титрование остатка бихромата калия солью Мора и рассчитывают ХПК по количеству восстановленного бихромата. Оценка воды проводится по четырем уровням качества, приведенным в табл. 4.

Таблица 4

Качество воды в зависимости от бихроматной окисляемости и содержания общего органического углерода
[Экологические проблемы Северо-Запада, 1985]

Тип вод	Характеристика качества вод	Величина бихроматной окисляемости, ХПК, мг/дм³	Содержание С_орг, мг/дм³
I	Чистые воды	15...25	7...12
II	Незначительно загрязненные воды	26...70	13...35
III	Сильно загрязненные воды	71...100	36...50
IV	Очень сильно загрязненные воды	более 100	более 50

Концентрации ионов в воде определяли стандартным калориметрическим методом анализа. Результаты приведены в таблице 5.

Таблица 5. Физико-химические характеристики воды (2000 г.)

Номер пробы	рН - натурные измерения	Мутность (ЕМФ) и цветность	Показатель ХПК
1	6.5	1.5 коричневая	0
2	7.5	1.1 коричневая	40.32
3	7.5	0.5 слабо желтоватая	6.72
4	7.5	1.2 слабо зеленая	6.72
5	7.5	30.0 светло-желтоватая	20.16
6	7.5	2.0 слабо зеленоватая	0
7	8.0	1.6 слабо желтоватая	3.36
8	7.5	4.2	23.52

Согласно принятым нормам (см. табл. 4), воду в Тихвинке можно считать чистой, лишь в районе озера Озерского и в самом низовье у деревни Цвылево, где она собрала множество стоков, – незначительно загрязненной. Вода в районе водозабора Тихвина пригодна для питья даже при самой незначительной очистке. В порядке дополнения к этим измерениям была проведена еще одна оценка ХПК физическим методом, разработанным в НИЦЭБ РАН под руководством профессора А.М. Воронцова, – методом озонохемолюминисценции. Сущность метода состоит в том, что окисление проводится не с помощью бихромата, а посредством пропускаемого через воду озона. Интенсивность окисления пропорциональна интенсивности хемолюминисценции (ХЛ) воды, которая может быть измерена флюориметром. Она оценивается в условным единицах, которые потом пересчитываются в ХПК мг кислорода /л. Более полно результаты этого способа оценки качества воды даны в таблице 6.

Таблица 6. Результаты анализа суммарного содержания органических соединений
в водных пробах методом озонохемолюминисценции

Номер пробы	Относительная интенсивность ХЛ, мм на графике	Фототок ХЛ озонолиза, мкА	Показатель ХЛ, пересчитанной в ХПК	Концентрация нитратов, мг/л
1	72	2.25	46.8	0.041
2	113	1.41	29.3	0.032
3	72	0.9	18.7	0
4	80	1.0	20.8	0
5	136	1.7	35.4	0
6	73	0.91	18.9	0.021
7	99	1.24	25.8	0
8	88	1.1	22.9	0.027

Обращает на себя внимание несовпадение данных, полученных традиционным химическим методом (табл. 6) и физическим (табл. 5). Дело в том, что первая проба делалась непосредственно после экспедиции и лучше отражает реальную ситуацию с загрязнениями. При разработке мероприятий, связанных с использованием воды, необходимо ориентироваться не неё. Данные таблицы 5 более точны методически, однако получены через три недели в лаборатории после экспедиции и отражают процессы, которые за это время шли в пробах воды. Избыток органики за это время мог трансформироваться в биомассу микроорганизмов, которая не дает высоких показателей ХПК. Продолжим сравнение результатов 2000 и 2001 гг. – табл. 7 и 8.

Таблица 7. Содержание ионов тяжелых металлов
в пробах воды в мкг/л (результаты 2000 г.)

№ пробы	Zn	Cd	Pb	Cu
1	0.3	0	0.6	0.9
2	0.5	0	0.7	0.6
3	0.3	0	0.8	0.1
4	0.9	0	0.2	0.8
5	1.8	0	1.6	4.1
6	0.3	0	1.1	2.0
7	1.2	0	1.3	4.5
8	1.5	0	1.4	3.8
ПДК	1000	1	30	1000

В ходе экспедиции 2000 г. для гидрохимического анализа были взяты восемь проб воды, в 2001 – двенадцать.

Результаты 2001 г. приведены в таблице 8.

Таблица 8. Оценка состояния воды в полевых условиях

Источник воды	pH	Мутность, ЕМФ	Коэфф. поглощения	Прозрачность по диску Секи, м
Чудская, дальний колодец	6	5.2	0.15	0.6
Чудская, ближний колодец	6	33	1	0.35
Оз. Еглино, у берега	6.5	4.0	0.395
Еглино, в центре	6.5	3.3	0.37	1.1
Оз. Лебедино	4	7.4	1
Оз. Крупино	4	1.0	0.27
Тихвинка, у Киевского шлюза	5.5	8.2	0.4	0.8
Тихвинка, у Черниговского шлюза	5.5	8.1	1	0.5
Тихвинка, близ Окулово	6.5		0.78	3
Тихвинка, близ Галично	6	1.0	0.67
Оз. Дымское	5.5	10.5	1.0
Река Дымка	6	15.3	1.0

В ходе обработки материалов экспедиции 2001 г. для лабораторного гидрохимического анализа были взяты семь проб воды, из 12 взятых в полевых условиях (приведены номера, под которыми они далее фигурируют в таблице 10):

озера Еглино – в центре (02.08);
озера Лебедино (04.08);
озера Крупино (05.08);
озера Озерское (08 .08);
реки Тихвинка близ дер. Окулово (10.08);
озера Дымское (12.08);
реки Тихвинка близ дер. Галично (16.08).

Химическое потребление кислорода воды, определенное бихроматным методом, можно считать приблизительной мерой теоретического потребления кислорода, т.е. ХПК - это количество кислорода, потребленное при общем химическом окислении органических компонентов до неорганических конечных продуктов. Концентрацию ионов в воде определяли стандартным калориметрическим методом анализа. Результаты приведены в таблице 9.

Таблица 9. Физико-химические характеристики воды (2001 г.)

Номер пробы	pH	Показатель ХПК	Цветность, в условных единицах платиновой шкалы
1	6.5	28.3	116
2	7.5	30.1	136
3	7.5	26.5	108
4	7.5	8.8	31
5	7.5	10.6	30
6	7.5	14.2	47
7	8.0	12.4	37

Согласно принятым нормам (см. табл. 4), воду в Тихвинке можно считать чистой, лишь в районе озера Озерское – незначительно загрязненной. В порядке дополнения к этим измерениям была проведена еще одна оценка ХПК физическим методом – методом озонохемолюминесценции. Интенсивность окисления пропорциональна интенсивности хемолюминесценции (ХЛ) воды, которая может быть измерена флюориметром. Результаты определения ХПК двумя методами – табл. 9 и 10 – показывают высокую степень скоррелированности.

Таблица 10. Результаты анализа суммарного содержания органических соединений
в водных пробах методом озонохемолюминесценции

Номер пробы	Относительная интенсивность ХЛ, мм на графике, условные единицы
1	34
2	32
3	38
4	20
5	16
6	16
7	18

В начало Продолжение

5. Гидрохимия

5.1. Физические и физико-химические свойства воды

Добавить комментарий Сообщение модератору

Сообщение модератору