София Романова - Бессточные водоемы Казахстана. Том 2. Качество воды

• Название: Бессточные водоемы Казахстана. Том 2. Качество воды
• Автор: София Романова
• Жанр: Детская образовательная литература

Настоящее учебное пособие является продолжением первой книги, в которой изложен материал по основным закономерностям формирования гидрохимического режима естественных (озеро Балкаш) и искусственных (водохранилища-охладители) бессточных водоемов Казахстана. Приведен материал по вопросам, касающимся накипеобразующих свойств воды и методов борьбы с этим неблагоприятным явлением, а также комплексной экологической оценки качества воды.

Предназначено для научных сотрудников, работающих в области гидрохимии, гидроэкологии, гидробиологии, гидрологии, и специалистов других областей народного хозяйства, связанных с изучением и использованием водных ресурсов. Книга будет полезной и для студентов, магистрантов, PhD докторантов и преподавателей вузов химических, географических и экологических специальностей.

---

Для расчета комплексного индекса загрязненности вод (КИЗВ) использованы данные химического состава воды реки Сырдарии в створе села Томенарык за декабрь 2000 г., выполненные Д.Ш. Жетписбай [8] и Ж.С. Мукатаевой [9]. Весь перечень загрязняющих веществ объединен в семь условных групп, вследствие чего начинаем вычислять КИЗВ каждой группы в отдельности (ГИ – главные ионы; БЭ – биогенные элементы; ТМ – тяжелые металлы; ЯВ – ядовитые вещества; ОВ – органические вещества;).

Исходные данные по группе главных ионов:

Первый этап . ССа = 128,5 мг/л; СMg = 77,8 мг/л; СNa+K = 275,0 мг/л; СSO4 = 700,0 мг/л; СC l = 130,0 мг/л;

ПДКCa = 180,0 мг/л; ПДКMg = 40,0 мг/л; ПДКNa+K = 170,0 мг/л; ПДК SO4 = 100,0 мг/л; ПДК C l = 300,0 мг/л.

Соответственно, для каждого ингредиента из соотношения концентрации к предельно-допустимым концентрациям опреде-ляем индивидуальные индексы загрязненности вод:

ИЗВCa= ССа / ПДКCa = 128,5/180,0= 0,714;

ИЗВMg = СMg / ПДКMg = 77,8/40,0 = 1,945;

ИЗВNa+K = СNa+K / ПДКNa+K = 275,0 /170,0 = 1,618;

ИЗВ SO4 = С SO4 / ПДКSO4 = 700,0 /100,0 = 7,000;

ИЗВ C l = С C l / ПДК C l = 130,0 /300,0 = 0,433; где: Сi – концентрация i-го ингредиента, мг/л; ПДКi – предельно-допустимая концентрация i-го ингредиента, мг/л.

Как видно из приведенных данных индивидуальных ИЗВ, загрязнение водотока ингредиентами группы главных ионов происходит за счет ионов магния, суммы натрия и калия и сульфатных ионов. Остальные главные ионы находятся в пределах установленных нормативов (ИЗВ меньше 1). Для опреджеления средневзвешенного месячного индекса загрязненности вод в расчет включаются сульфаты, сумма натрия и калия, магний из группы главных ионов, по которым найдены превышения ПДК:

КИЗВГИ = (ИЗВMg + ИЗВNa+K + ИЗВ SO4) / n = =(1,945 + 1,618 + 7,000) /3 = 3,521, где: n – количество анализируемых компонентов из данной группы.

Загрязненность реки сульфатами настолько велика, что это непременно выразилось в средневзвешенной месячной величине индекса загрязненности воды из группы главных ионов.

Второй этап. Расчет индекса загрязненности воды по группе биогенных элементов ведется аналогично предыдущему расчету по главным ионам.

Исходные данные: СNH4 = 0,182 мгN/л; СNО2 = 0,114 мгN/л; СNО3 = 3,245 мгN/л; СР = 0,020 мг/л; CSi = 14,9 мг/л;

ПДК NH4 = 0,39 мгN/л; ПДК NО2= 0,02 мгN/л; ПДК NО3 = 9,1 мгN/л; ПДК Р = 0,06 мг/л; ПДК Si = 10,0 мг/л.

Соответственно, для каждого ингредиента из соотношения концентрации к предельно-допустимым концентрациям определяем индивидуальные индексы загрязненности вод:

ИЗВ NH4 = СNH4 / ПДК NH4 = 0,182 / 0,39 =0,467;

ИЗВ NО2 = СNО2 / ПДК NО2 = 0,114 /0,02 =5,700;

ИЗВ NО3 = СNО3 / ПДК NО3 = 3,245 / 9,1 = 0,357;

ИЗВ Р = СР / ПДК Р = 0,020 / 0,06 = 0,333;

ИЗВ Si = CSi / ПДК Si = 14,9 / 10,0 = 1,490; где: Сi – концентрация i-го ингредиента, мг/л; ПДКi – предельно-допустимая концентрация i-го ингредиента, мг/л.

Из полученных данных видно, что речная вода в створе Томепнарык загрязняется нитритными ионами и кремнием, кратность превышения над ПДК составляет, соответственно, 5,7 и 1,49 раз. Поэтому расчет средневзвешенного месячного индекса загрязненности воды из группы биогенных элементов включены эти компоненты, а именно:

КИЗВБЭ = (ИЗВ NО2 + ИЗВ Si) /n = (5,700 + 1,490) / 2 = 3,595, где: n – количество анализируемых компонентов из данной группы.

Третий этап – определение индивидуальных ИЗВ из группы тяжелых металлов при следующих исходных данных:

СFe = 0,236 мг/л; CMn = 3,0 мкг/л; СCu = 29,0 мкг/л; СZn = 1587 мкг/л; СCr(3) = 660 мкг/л; СMo =79,0 мкг/л; СAg = 1,5 мкг/л; СPb = 120,0 мкг/л; СCd = 0 мкг/л; ССо= 0 мкг/л; СSn = 0 мкг/л; СNi =0 мкг/л.

Все элементы, концентрация которых равна нулю, выпадают из расчетного ряда. Поэтому в данном случае определение индивидуальных месячных величин ИЗВ будет вычисляться по элементам, концентрация которых не равна нулю. ПДКFe = 0,1 мг/л; ПДКMn = 10 мкг/л; ПДКCu = 1 мкг/л; ПДКZn = 10 мкг/л; ПДК(Cr3) = 5 мкг/л; ПДКMo = 500 мкг/л; ПДКAg = 50 мкг/л; ПДКPb = 0,1 мг/л.

Определение индивидуальных ИЗВ:

ИЗВFe = СFe / ПДКFe = 0,236 / 0,1 = 0,024;

ИЗВMn = CMn / ПДКMn = 3,0 / 10 = 0,300;

ИЗВCu = СCu / ПДКCu = 29,0 / 1 = 29,000;

ИЗВZn = СZn / ПДКZn = 1587 / 10 = 158,7;

ИЗВ(Cr3) = СCr(3) / ПДК(Cr3) = 660 / 5 = 132,000;

ИЗВ Mo = СMo / ПДКMo = 79,0 / 500 =0,158;

ИЗВ Ag = СAg / ПДКAg = 1,5 / 50 = 0,030;

ИЗВPb = СPb / ПДКPb = 120,0 / 100 = 1,200. где: Сi – концентрация i-го ингредиента, мг/л; ПДКi – предельно-допустимая концентрация i-го ингредиента (железа, марганца, меди, цинка, хрома, молибдена, серебра, свинца), мг/л или мкг/л.

Результаты определения индивидуальных ИЗВ показывают, что превышения ПДК отмечаются в отношении меди, цинка, хрома (3) и свинца.

Средневзвешенный КИЗВТМ = (ИЗВCu + ИЗВZn + ИЗВPb)/ 4 = (29,000 + 158,7 + 132,000 + 1,200) /4 = 80,225.

Соответственно, и в этом случае отмечается очень большая загрязненность речной воды группой ионов тяжелых металлов.

Четвертый этап . Аналогично предыдущим расчетам определяем индивидуальные ИЗВ для компонентов из группы ядовитых веществ.

Исходные концентрации: СF = 0, 95 мг/л; СCN = 0 мг/л; CCNS = 0 мг/л; CAs = 0 мг/л.

Поскольку концентрации цианидных, роданидных ионов и ионоы мышьяка равны нулю, нас будет интересовать для расчета только концентрация фторидных ионов.

ПДКF = 0,75 мг/л.

ИЗВF = СF / ПДКF = 0,95 / 0,75 = 1,267 = КИЗВЯВ.

Вывод: вода реки Сырдария в створе Томенарык из группы ядовитых веществ загрязнена соединениями фтора.

Пятый этап. Определяем индивидуальные ИЗВ для компонентов из группы органических веществ (перманганатная окисляемость, нефтепродукты, фенолы, СПАВ).

Химическим анализом установлено:

СПО = 6,7 мгО/л; СНП = 0,045 мг/л;

СФ = 0,002 мг/л; ССПАВ = 0,31 мг/л.

ПДКПО = 10 мгО/л; ПДКНП = 0,05 мг/л;

ПДКФенолы = 0,001 мг/л; ПДК СПАВ = 0,1 мг/л.

Определяем индивидуальные ИЗВ для каждого компонента из группы органических веществ:

ИЗВПО = СПО / ПДКПО = 6,7/10 = 0,670; ИЗВНП = СНП / ПДКНП = 0,045/0,05 = 0,900; ИЗВФ = СФ / ПДКФенолы = 0,002 / 0,001 = 2,000; ИЗВСПАВ = ССПАВ / ПДК СПАВ = 0,31/0,1 = 3,100;

где: Сi – концентрация i-го ингредиента, мг/л;

ПДКi – предельно-допустимая концентрация i-го ингредиента из группы органических веществ.

Как видно из расчетов ИЗВ, фенолы и синтетические поверхностно-активные вещества превышают свои ПДК. Средневзвешенные КИЗВ для этой группы определяем так:

КИЗВОВ = (ИЗВФ + ИЗВСПАВ)/ 2 = (2,000 + 3,100)/2 = 2,550.

В воде реки Сырдария в декабре 2000 г. не определялись хлорорганические и форфорорганические пестициды. Поэтому расчет ИЗВ и КИЗВ по этой группе компонентов производить не будем. Если в воде будет определено содержание пестицидов, то ход расчета такой же, как приведен в пунктах 1-5. Необходимо помнить тот факт, что санитарными правилами и нормами (СанПин № 4630-88) для многих пестицидов предельно-допустимая концентрация установлена на уровне отсутствия (по рыбохозяйственным критериям). В этой связи расчет ИЗВ становится равным нулю. Поэтому чтобы как-то оценить кратность превышения содержания, например, гексахлорана над ПДК, в качестве ПДК необходимо принять разрешающую способность (т.е. чувствительность) метода определения пестицидов с помощью атомного спектрофотометра, равной 0,0001 мг/л.

Шестой этап . При определении загрязненности воды реки или водоема по режиму растворенного кислорода производится сравнительный анализ фактической средневзвешенной концентрации за месяц с нижним пределом лимитирования, то есть с ПДКО2 ≥ 4,0 мг/л. Содержание растворенного кислорода в воде реки Сырдария в зимний период 2000 г. равно 10,3 мг/л при 100 %-м насыщении, что показывает на удовлетворительное состояние реки по этому показателю.

Седьмой этап . Средневзвешенный показатель индекса загрязненности воды в целом для створа Томенарык за декабрь 2000 г. определяется следующим образом:

КИЗВСР.М = (КИЗВГИ + КИЗВБЭ + КИЗВТМ + КИЗВЯВ + КИЗВОВ) /5 = (3,521 + 3,595 + 80,225 + 1,267 + 2,550) / 5 = 18,229,

где n – число условных групп (в данном случае 5), из которых определены КИЗВ.

Таким образом, индекс загрязненности воды показывает, что вода реки Сырдарии в створе Томенарык в декабре 2000 года, относится к категории чрезвычайно высокого уровня загрязнения (см. таблицу 1). Наибольшая доля в загрязнении принадлежит тяжелым металлам.

Глава 2 НАКИПЕОБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ В ИССЛЕДУЕМЫХ ВОДОЕМАХ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ОТЛОЖЕНИЯМИ В АППАРАТАХ ОХЛАЖДЕНИЯ

Нормальная работа ГРЭС обеспечивается при условии достаточного охлаждения турбогенераторов. В настоящее время применяется в основном водное охлаждение по прямоточной, оборотной и смешанной схемам с использованием различных водоемов (водохранилищ, озер, лиманов). Сброс нагретых циркуляционных вод в водоемы-охладители существенно изменяет их тепловой баланс и термический режим по сравнению с естественными водоемами. Увеличение температуры воды в водохранилище-охладителе (ВО) влечет за собой изменение скорости протекания различных процессов, наступают существенные сдвиги в режимах. Так, повышение температуры воды сказывается на изменении ее химического состава, которое приводит к таким нежелательным процессам, как евтрофирование, накипеобразование и др. Как у нас, так и за рубежом, имеется еще мало данных для решения важных вопросов, например, как влияет сброс горячей воды на накипеобразующие свойства охлаждающей воды, какие основные критерии и требования выбрать для характеристики качества охлаждающей воды и ряд других вопросов. А изыскание методов предотвращения и удаления отложений в системах охлаждения технического водоснабжения вообще является предметом самостоятельного исследования и до сих пор находится на стадии разработки.