Анализ и контроль качества воды

Качество потребляемой человеком воды определяется с учетом ее свойств и состава. Данные показатели также определяют пригодность применения воды в тех или иных сферах жизнедеятельности. Нормативы (или стандарты) качества составляются с учетом требований заказчика и основных характеристик. Во многом содержание воды определяется с учетом источника ее происхождения (он может быть антропогенным либо естественным).

Чистая питьевая вода – залог здоровья человека и его отличного самочувствия. Чтобы понять, является она такой или нет, обращайтесь в специализированные инстанции, которые проводят анализ качества жидкости и ее соответствия нормативным стандартам, принятым на сегодняшний день. При выполнении анализа учитываются бактериологические, химические и физические показатели.

Проводить химический анализ по закону обязаны различные организации и предприятия при выполнении определенных работ – например, возведении моста через реку. Обязаны соблюдать требования к химсоставу предприятия, которые осуществляют выпуск бутилированной воды. Частные лица заказывают проведение анализа для:

• оценки качества питьевой воды из водопровода, скважин, родников;
• подтверждения качества бутилированной воды;
• подбора фильтра для воды, оценки его эффективности;
• контроля качества воды в бассейнах;
• оценки качества жидкости, используемой для полива растений;
• контроля среды в аквариуме;
• пр.

• щелочность;
• жесткость;
• содержание ионов;
• водородный фактор;
• минерализация.

Бактериологические параметры жидкости:

• степень загрязненности источника кишечной палочкой;
• наличие радиоактивных, токсичных элементов;
• бактериальная зараженность.

Рассмотрим данные характеристики подробнее.

Цветность – показатель, который всегда должен учитываться при анализе воды. Он обуславливает присутствие железа и включений других металлов в виде коррозионных продуктов. Цветность является косвенной характеристикой присутствия в жидкости растворенной органики, зависит от загрязненности источника стоками промышленной категории, определяется путем сравнения образцов с эталонными. Максимально допустимый показатель составляет 20°.

Мутность зависит от наличия мелкодисперсных взвесей нерастворенных частиц. Выражается она в:

• наличии осадка;
• взвешенных, грубодисперсных примесях, определяемых в ходе фильтрации;
• степени прозрачности.

Можно определять мутность фотометрическим путем – то есть по качеству проходящего через толщу жидкости светового луча.

Запах зависит от присутствия в воде пахнущих веществ, которые попадают в нее из стоков. Практически все органические жидкие вещества передают воде специфический аромат растворенных в ней газов, органики, минеральных солей. Запахи делятся на природные (гнилостные, болотные, серные) и искусственные (фенольные, нефтяные, пр.).

Вкус воды может быть соленым, кислым, сладким или горьким, все остальные «нотки» относятся уже к привкусам – например, хлорные, аммиачные, металлические, сладковатые, пр. Оценка привкуса и запаха производится по пятибалльной шкале.

Химические показатели, степень загрязненности зависят от глубины забора водных масс, просачивания в стоки различных веществ (отбросы предприятий, свалки, выгребные ямы и т.д.). Анализ проводить нужно обязательно, поскольку загрязнению подвергаются даже артезианские скважины с низким давлением, а что уже говорить о колодцах.

Жесткость характеризуется наличием в жидкости элементов кальция и магния, которые со временем превращаются в нерастворимые соли. Итог – образование накипи, отложений на внутренних поверхностях емкостей, котлов, рабочих узлах бытовой техники.

Сухой осадок указывает на степень концентрации органических элементов, а также растворенных неорганических солей. Его высокое содержание приводит к нарушению солевого баланса организма человека.

Водородный фактор рН характеризуется щелочным и кислотным фоном жидкости. Изменение фактора указывает на нарушения в технологиях водоподготовки. Норма – 6-9 единиц.

Некоторые компоненты ухудшают пищевые качества воды, а также являются потенциально опасными для здоровья человека. Рассмотрим основные:

1. Железо в составе сульфатов, гидрокарбонатов, органических соединений, хлоридов. Может оно присутствовать и в виде высокодисперсных взвесей, придающих жидкости коричневый с красным оттенком цвет, снижающий вкусовые качества. Из-за высокой концентрации железа в воде начинают развиваться железобактерии, образуются засоры труб. Максимально допустимая концентрация железа по нормам составляет 0,3 мг/л.
2. Марганец – главная причина генетических мутаций. Элемент оказывает негативное влияние на вкусовые характеристики жидкости, после стирки на белье появляются характерные пятна и разводы, на сантехнике образуется осадок. Максимальная концентрация согласно нормативам – 0,1 мг/л.
3. Катионы марганца и кальция повышают жесткость воды. Для измерения их содержания обычно используется такой показатель как мг-экв/л. Пороговые значения находятся на отметке 3-3.5 мг-экв/л, при более высоком содержании катионов накапливается осадок на сантехническом оборудовании, нагревательных элементах бытовых приборов. Для здоровья человека жесткая вода очень вредна.
4. Перманганатная окисляемость указывает на количественное содержание кислорода к концентрации иона перманганата, который принимает участие в процессах окисления воды. Предельно допустимое значение составляет 5 мг О2/л. При высоких показателях перманганатной окисляемости страдают почки и печень, репродуктивная функция, иммунная, нервная системы человека. Не рекомендуют употреблять воду без обработки при значении перманганатной окисляемости выше 2 мг О2/л.
5. Сульфиды – благодаря им жидкость приобретает посторонние неприятные ароматы, а трубы начинают ржаветь. Именно сульфиды являются токсичными компонентами, вызывающими кожные аллергические реакции.
6. Фториды – их концентрация не должна составлять более 1,5 мг/л. Обратите внимание, что полностью лишенная фтора вода также не полезна.

Перечисленные компоненты к сильно токсичным не относятся и отравлений не вызывают, но их постоянное употребление в пищу (даже в малых дозах) наносит непоправимый вред здоровью и приводит к хронической интоксикации.

Определение токсичных соединений, содержащихся в сравнительно небольших количествах, становится с каждым годом все более сложным и затратным. Определенные вещества в воде присутствовать могут, но строго в установленных количествах. Важно контролировать как структурный состав жидкости, так и ее функциональные интегральные характеристики.

Метрологические приборы позволяют определять только основные химические показатели, для проверки бактериального состава образцы отправляются в лаборатории. В зависимости от глубины проверки данных, анализы делятся на полные химические, сокращенные, направленные на определение некоторых составляющих. В большинстве случаев сокращенного анализа достаточно, но в целях определения полного набора компонентов требуется выполнение более глубокой проверки.

При анализе результатов нужно учитывать все показатели и сравнивать данные анализа с полученными характеристиками. Для каждого элемента есть предельно допустимая концентрация – она не должна быть превышена.

Рассмотрим основные способы, используемые для проверки качества воды.

Метод позволяет оценивать те качества, которые доступные органам чувств. Органолептическое исследование предполагает оценку цветности, прозрачности, аромата и вкуса воды.

Анализ воды на физико-химические показатели учитывает:

• жесткость;
• минерализацию;
• щелочность;
• окисляемость.

Методика позволяет определять наличие в воде паразитов и бактерий, среди которых могут присутствовать болезнетворные микроорганизмы. Обычно подсчитывается количество организмов на 1 мл жидкости

При анализе химического состава определяется наличие и количество органических, неорганических включений – к ним относят сложные органические вещества, металлы, нефтепродукты, ПАВы и так далее. Под сложными органическими веществами подразумеваются акриламиды, стиролы, фенолы, винилхлориды, тетрахлорид углероды, диоксины.

Анализ на альфа- и бета-частицы, радий проводится в целях определения радиационной безопасности жидкости. Определение содержания радионуклидов – основа для снижения дозовых нагрузок на организм. Вместе с результатами по комплексному анализу заказчик обычно получает также рекомендации, которые помогут ему улучшить качество воды.

Экспресс-анализы используются в целях ускорения процедуры проверки и снижения ее стоимости. Они позволяют анализировать такие показатели как:

• биохимическое потребление кислорода;
• число адсорбируемых либо экстрагируемых галогенов органического происхождения;
• кислотно-щелочной баланс;
• органолептические свойства воды.

Экспресс-анализ позволяет сокращать потребность в сложном оборудовании и реактивам. Важно! Высокое качество исследования поверхностная проверка гарантировать не может.

Все чаще в последние годы для проверки состава воды используются сенсоры – чувствительные элементы, которые являются основой большинства многокомпонентных анализаторов и экспрессных тест-систем. Они эффективно определяют содержание ферментов антропогенного происхождения, а также патогенную микрофлору.

Биотестирование – передовая методика определения токсичности химического вещества на биоценоз или водные организмы. Оценочные критерии – выживаемость и активность микроорганизмов, скорость их размножения, пр. Для получения корректных результатов биотестирования нужны соответствующие показатели температуры, освещенности, состава, кислотности и так далее.

Существует множество других быстрых способов определения качества питьевой воды – например, на вкус или используя другие органы чувств. Но вы должны понимать, что подобная оценка является очень субъективной, поэтому ставку следует делать на лабораторные исследования.

источник

Качество питьевой воды в городе зависит от состава природных вод и действующей системы водоснабжения.

Природные воды представляют собой собственно воду (химическое соединение кислорода и водорода) и содержащиеся в ней вещества, появившиеся в ее составе в результате динамического равновесия в естественной системе: вода – порода – органическое вещество – газ. Эти вещества обусловливают состав и свойства природных вод.

Химический состав вод зависит от гидрогеологической провинции и ландшафтной зоны. Состав подземных вод каждой провинции индивидуален и стабилен. Подземные воды в сравнении с разными водами содержат в более высоких концентрациях все макроэлементы и подавляющее большинство микроэлементов. Антропогенным фактором, оказывающим непосредственное влияние на химический и микробиологический состав природных вод, являются и сточные воды [3].

Один из важнейших вопросов, который интересует потребителя воды – каково качество потребляемой воды? Качество вод – это характеристика состава и свойств, определяющих пригодность воды для конкретного вида использования. Объектами водопользования могут являться поверхностные и подземные воды. Для каждого конкретного случая необходима вода разного качества. Следовательно, водный объект характеризуется определенным природным составом и свойствами воды, а потребитель формирует свои требования к составу и свойствам потребляемой воды.

В зависимости от целей использования формируются критерии качества воды (показатели качества): гигиенический, экологический, экономический, рыбохозяйственный, – и устанавливаются соответствующие им значения критериев. Для сравнения норм качества воды для конкретного вида водопользования со значениями показателей качества имеющийся воды проводится контроль качества потребляемой воды.

Сочетание и величины показателей качества, в том числе состава и свойств вод, определяют качество воды для различного ее назначения [1].

Целью исследования было выявление возможности оперативного управления контролем качества питьевой воды путем мониторинга ее основных показателей качества.

Централизованное бесперебойное водоснабжение потребителей качественной питьевой воды в г. Краснодаре обеспечивает одно из старейших предприятий столицы Кубани ‒ ООО «Краснодар Водоканал». В настоящее время ООО «Краснодар Водоканал» – это индустриальный комплекс по производству питьевой воды и отведению сточных вод с развитой инфраструктурой и испытательным центром питьевой воды.

Основными требованиями, предъявляемыми к питьевой воде, являются безопасность в эпидемиологическом отношении, безвредность по токсическим показателям, хорошие органолептические показатели и пригодность для хозяйственных нужд. Оптимальная температура воды для питьевых целей находится в пределах 7–11 °C. Наиболее близки к этим условиям воды подземных источников, которые отличаются постоянством температуры. Их в первую очередь рекомендуется использовать для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Использование в системе водоснабжения г. Краснодара только артезианских скважин глубиной от 80 до 800 метров делает источники водоснабжения надежно защищенными от бактериологического и химического загрязнения. Однако проблемы по качеству подаваемой воды разных глубин остаются. Частично эти проблемы решают при смешивании воды в резервуарах водозаборных сооружений. Среди основных показателей качества «сборной» воды наибольшие колебания наблюдаются по жесткости, мутности, содержанию железа и марганца.

Жесткость в артезианских водах г. Краснодара гидрокарбонатная, поэтому может быть удалена при нагревании в виде накипи. Мутность артезианской воды в г. Краснодаре связана с содержанием растворенного природного закисного железа. При поднятии воды из скважин на поверхность, попадании и смешивании в резервуарах содержание железа усредняется. Контакт воды с кислородом воздуха приводит к окислению растворенного железа и превращению его в нерастворимое окисное железо. При этом нулевая мутность воды увеличивается за счет взвешенных оксидов железа, а вода приобретает желтизну. Резервуары на водозаборных сооружениях частично снимают эту проблему, так как окисленное железо и марганец оседают в резервуарах, а затем удаляются при их чистке. Однако полностью стабилизировать состав поступающей в распределительную сеть города питьевой воды не всегда удается.

В деятельности предприятия задача обеспечения качества является одной из основных, которая достигается в том числе и путем совершенствования контроля качества питьевой воды. Эффективность контроля показателей качества различных объектов возрастает в сочетании с мониторингом и статистическими методами управления качеством [5, 6].

Для выявления и предупреждения проблем качества питьевой воды в городе мы рекомендуем вести мониторинг качества питьевой воды централизованного водоснабжения по схеме, представленной на рис. 1.

Мониторинг качества питьевой воды рекомендуем проводить поэтапно. Сначала формируют цель, затем выбирают направление мониторинга. На этом этапе должен быть сформирован перечень направлений для мониторинга. Мы предлагаем проводить мониторинг качества воды по следующим направлениям: источники водоснабжения; перед поступлением в распределительную сеть города; в водопроводной сети города.

На следующем этапе осуществляют планирование мониторинга, которое включает определение периодичности испытаний, выбор показателей качества питьевой воды, источников информации, определение необходимых ресурсов и ответственных за выполнение мониторинга. Составляют план-программу и карту мониторинга.

Достоверность результатов измерений в испытательном центре предприятия обеспечивается выполнением процедур внутрилабораторного и межлабораторного контроля. Результаты испытаний показателей качества питьевой воды собирают и регистрируют в установленном порядке в актах, протоколах, журналах Полученную информацию обрабатывают с помощью математических приемов, а также методами сопоставления и сравнения. Порядок расчетов фиксируют в протоколах обработки данных. Результаты мониторинга могут представляться в различных формах. Для большей наглядности мы рекомендуем выполнять построение схем, графиков и диаграмм.

На основе интерпретации и анализа результатов мониторинга составляют отчет по мониторингу. Учитывают представленные в отчете данные и принимают решения по результатам мониторинга, на сновании которых разрабатывают рекомендации по корректирующим и предупреждающим действиям.

Рис. 1. Этапы проведения мониторинга качества питьевой воды

Мы применили предложенную схему мониторинга для выявления проблем качества питьевой воды. Контролируемый показатель качества – массовая концентрация общего железа в воде «Железо (Fe, суммарно), мг/дм3». Согласно СанПин 2.1.4.1074 [4], предельно допустимое содержание железа в питьевой воде составляет 0,3 мг/дм3. В отдельных случаях по постановлению главного государственного санитарного врача по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения допускается содержание железа в питьевой воде до 1,0 мг/дм3. Однако для обеспечения безвредности питьевой воды в течение длительного водопользования критерием в исследованиях мы выбрали нормируемый показатель.

Определение массовой концентрации общего железа в воде осуществляли колориметрическим методом с сульфосалициловой кислотой в соответствии с ГОСТ 4011[2]. Провели статистическую обработку результатов измерений. Суммарная погрешность измерений с вероятностью 0,95 составила 0,01–0,03 мг/дм3.

На первом этапе исследований оценивали качество питьевой воды на одном из водозаборов подземных вод г. Краснодара. Испытания воды в течение месяца проводили в пробах, получаемых ежедневно из 9 артезианских скважин Четвертичного, Апшеронского, Акчагыльского и Киммерийского водоносных горизонтов.

Известно, что скважины разных горизонтов имеют воду, отличающуюся по составу. Нами установлено, что в пробах воды семи скважин содержание железа находится в пределах допустимого и составляет от 0,11 до 0,26 мг/дм3 (таблица). В оставшихся двух скважинах Четвертичного горизонта массовая доля железа составила 1,16 и 1,64 мг/дм3, что в 10–15 раз больше значений этого показателя в пробах воды остальных семи скважин и выше предельно допустимой концентрации в питьевой воде в несколько раз.

Мониторинг качества питьевой воды по скважинам водозабора

источник

Контроль качества и управление качеством воды в водных объектах призваны дать ответ на ряд вопросов, таких как какую воду следует считать чистой и безопасной, какие вещества и в какой концентрации загрязняют воду и т. п. Необходимое качество воды в водоеме может обеспечиваться поддержанием соответствующих гидрохимических и гидрологических режимов. Попадающие в водоем токсиканты изменяют гидрохимический состав поверхностной воды и в зависимости от концентрации оказывают влияние на процессы формирования ее качеств. Поэтому контроль состояния водных объектов осуществляется по физическим, химическим, бактериологическим и гидробиологическим показателям

В нашей стране анализ состояния водных объектов проводят ряд организаций, относящихся к различным министерствам, например:

— центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды следит за количественными и качественными показателями поверхностных вод и их изменением под влиянием деятельности человека;

— центр санитарно-эпидемиологического надзора контролирует водоемы и воду, используемые для питьевого водоснабжения, лечебно-оздоровительных целей;

— рыбохозяйственная инспекция осуществляет надзор за водоемами, имеющими рыбохозяйственное значение;

— управление по геологии и использованию недр контролирует использование подземных вод и осуществляет охрану их от истощения и загрязнения;

— комитет по водному хозяйству следит за водопользованием и водопотреблением.

Гидрохимический контроль качества воды состоит из системы контроля и наблюдений за химическим составом воды водоемов и водотоков бассейна, поступающими атмосферными осадками, антропогенными источниками загрязнения. Гидрохимическая система контроля и наблюдений создается с учетом сбросов сточных вод, а также видов водопользования. Состав и объем гидрохимических наблюдений определяются требованиями, предъявляемыми органами государственного управления и надзора и основными водопользователями. При этом обычно устанавливаются: минерализация; содержание кислорода; биологическое потребление кислорода (БПК); химическое потребление кислорода (ХПК); содержание основных ионов, биогенных веществ, нефтепродуктов, детергентов, фенолов, пестицидов, тяжелых металлов. Определяются также физические параметры: цветность, температура.

Объектами санитарных наблюдений являются водоемы, которые используются для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд населения. Створы обычно расположены вблизи пунктов санитарно-бытового водопользования. При наблюдениях собирают сведения об основных источниках загрязнения: о санитарном благоустройстве населенного пункта; об условиях отведения сточных вод; о промышленных и других объектах, сбрасывающих сточные воды; о качестве и составе сбрасываемых стоков; о характере очистки и обеззараживания и т.д.

Загрязненность воды — понятие, относящееся только к вполне определенному месту или зоне водного объекта и к конкретному виду водопользования. Водный объект вне места водопользования не считается загрязненным, даже если его экосистема полностью разрушена вследствие сброса вредных веществ. С экологической точки зрения, это неприемлемо. Поэтому специалисты различных производств должны независимо от того, обеспечена или нет допустимая нагрузка

Бактериальное население донных отложений водных объектов играет существенную роль в круговороте органического вещества и в процессах самоочищения воды. Одними из микробиологических показателей для количественной оценки экологического состояния водоемов, испытывающих повышенное антропогенное воздействие, служат общая численность бактерий, обитающих в донных отложениях — ОЧБ (измеряемая в клетках на 1 мл грунта — кл/мл грунта) и численность сапрофитных бактерий — СБ (измеряемая в колониеобразующих единицах — КОЕ/мл). Сапрофитные бактерии являются индикаторами загрязнения водной среды легкоокисляемым органическим веществом. На основе значений экологического Индекса, рассчитанного с помощью отмеченных микробиологических показателей можно определять экологическое состояние водоемов. Показатели ранжированы в четыре группы (по Дзюбан, 2005): норма, состояние риска, предкризисное состояние и кризис (табл.1).

Таблица 1 — Количественная оценка экологического состояния водоемов

Оценка экологического состояния водоемов определяется по экологическому индексу, вычисленному по формуле:

ОЧБ – общая численность бактерий, кл/мл грунта;

СБ – численность сапрофитных бактерий, КОЕ/мл грунта.

Алгоритм выполнения практического задания по оценка экологического состояния водоемов по микробиологическим показателям:

1. Выбрать пять вариантов задания из таблицы 2.

2. Вычислить экологический индекс ЭИ выбранных вариантов водных объектов (водохранилище, озеро, река) и занести в таблицу 3.

3. На основе полученного экологического индекса в соответствии с таблицей 1 определить экологическое состояние водных объектов. Данные занести в таблицу 3.

4. Выявить водные объекты, характеризующиеся наиболее- и наименее благоприятным экологическим состоянием. Записать в виде вывода.

5. Построить график изменения численности СБ (сапрофитных бактерий) выбранных объектов;

6. Сделать вывод в сравнительном аспекте о загрязнении водных объектов легкоокисляемым органическим веществом. Записать в виде выводов.

7. Оформить отчет — Таблица 3.

Пример расчета:

ЭИ = СБ/ОЧБ·100%: 2,03/414,54·100% = 0,49

По таблице 1 определяем, что водоем находится в предкризисном состоянии.

Таблица 2 — Микробиологические показатели водных объектов

Примечание: вдхр. — водохранилище

Форма отчета:

Таблица 3—Оценка экологического состояния водных объектов по микробиологическим показателям

Рис. 1. Численность сапрофитных бактерий в донных отложениях водных объектов

Вывод: наиболее загрязненным легкоокисляемым органическим веществом объектом является река Волга, в меньшей степени загрязнены реки Сура и Обь, минимально – реки Енисей и Ангара

1. Перечислите опасные виды загрязнителей водных объектов.

2. Как изменяется экологическое состояние водоема в зависимости от микробиологических показателей?

3. Что такое активная реакция среды? Дайте характеристику активной реакции среды (рН) выбранных Вами водных объектов.

источник

Контроль качества воды является актуальной задачей.

Вряд ли стоит много говорить о важности проблемы качества питьевой воды. Однако, только по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) ежегодно в мире из-за низкого качества воды умирает около 5 млн. человек. Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн. случаев в год.

Это даёт основание назвать проблему водоснабжения доброкачественной водой в достаточном количестве одной из главных проблем человечества.

Более того, в мировой практике доступность и качество питьевой воды являются одной из главных составляющих в оценке экологического благополучия любого региона.

Можно выделить две типичные задачи:

• ежедневный мониторинг и контроль качества воды
• контроль после ЧП (усиленный контроль)

Ежедневный контроль качества подразумевает мониторинг по основным параметрам качества воды в обычном режиме. Усиленный контроль включает в себя проведение анализов по более широкому спектру параметров и быстрого принятия мер реагирования.

Обычно исследования проводятся так: берутся пробы воды, далее, исходя из текущего типа контроля, проводятся соответствующие анализы на содержание в воде различных веществ и бактерий. Данные обрабатываются, и на основе полученных результатов делается вывод о качестве воды. Обработка может проводиться как вручную, так и в автоматическом режиме.

В данной статье показано использование программы STATISTICA для организации мониторинга и контроля качества воды.

Аналогичная задача возникает при контроле загрязнения воздуха.

Можно выделить три группы показателей качества воды:

К физическим параметрам относятся такие показатели как температура, мутность, цвет, запах, привкус воды.

Одним из важных химических показателей качества воды является содержание в ней фтора. Так, при концентрации 2-8 мг/л возможно заболевание эндемическим флюрозом.

При концентрации 1,4 — 1,6 мг/л у некоторых лиц на отдельных зубах отмечаются желто-коричневые пятнышки. При значениях значительно ниже оптимальных развивается кариес зубов.

Другим показателем качества является концентрация железа. Избыток придает воде неприятную красно-коричневую или черную окраску, ухудшает ее вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубопроводах и их засорение.

Избыток увеличивает риск инфарктов, длительное употребление вызывает заболевание печени, оказывает негативное влияние на репродуктивную функцию организма.

Кроме описанных выше параметров, также будут исследоваться наличие в воде марганца, свинца, сероводородов и загрязненность воды нефтепродуктами.

Степень бактериологической загрязненности воды определяется числом бактерий, содержащихся в 1 куб.см воды и должен быть до 100.

Вода поверхностных источников содержит бактерии, внесенные сточными и дождевыми водами, животными и т.д. Вода подземных артезианских источников обычно не загрязнена бактериями.

Различают патогенные (болезнетворные) и сапрофитные бактерии. Для оценки загрязненности воды патогенными бактериями определяют содержание в ней кишечной палочки.

Бактериальное загрязнение измеряют коли-титром и коли-индексом. Коли-титр — объем воды, в котором содержится одна кишечная палочка, должен составлять не менее 300. Коли-индекс — число кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды, должен составлять до 3.

Качество воды можно контролировать по более чем 180 показателям. Однако в данном примере мы ограничимся значительно меньшим количеством исследуемых факторов.

Рассмотрим следующую структуру данных, отображающих качество питьевой воды.

Рис. 1. Нормативы показателей качества воды

На рисунке 1 показана таблица, в которой перечислены рассматриваемые в данном примере показатели качества воды вместе с их нормативами.

Для проведения анализа качества воды ежедневно в 9ти районах проводятся измерения по всем описанным выше показателям качества.

На рисунке 2 показана таблица содержащая данные за 100 дней.

Рис. 2. Таблица данных о качестве воды

Кроме исследуемых параметров качества данная таблица содержит 2 переменные: дата измерения и район, в котором брались пробы воды.

Таблица отсортирована сначала по району, затем по дате.

Все данные в таблице смоделированы.

Для анализа качества воды по имеющимся данным воспользуемся модулем Карты контроля качества STATISTICA.

Карты контроля качества предназначены для обнаружения так называемых разладок некого процесса.

Допустим, мы контролируем только общую жесткость воды. День изо дня концентрация растворенных в воде солей изменяется. Очевидно, ряд значений жесткости воды представляет собой случайный процесс.

Перед нами стоит следующая задача – исходя из самого наблюдаемого процесса, понять, вписывается ли полученное новое значение жестокости в «обычное поведение» процесса.

Или, наоборот, произошло ли некое событие (например, просто прошел сильный дождь или некое предприятие произвело сброс технической воды в водоем), которое привело к нетипичным для данного водоема значениям жесткости воды, т.е. к разладке наблюдаемого процесса.

Самый простой и распространенный тип карт контроля качества – так называемые X-bar и R-карты.

Все данные о жесткости собираются в выборки. Например, под выборкой будем понимать 9 значений жесткости воды во всех районах, измеренные в один день.

Для каждой такой выборки рассчитывается среднее значение и размах (максимальное в выборке значение минус минимальное) жесткости воды. Эти значения откладываются на двух временных графиках (картах).

Далее, исходя из поведения процесса, рассчитываются так называемые контрольные границы процесса.

Если точка на карте выходит за контрольные границы (красная пунктирная линия), это говорит о том, что произошла разладка процесса. Т.е. следует искать причину возникновения выброса и принимать меры по её устранению.

X-bar и R-карты предназначены для обнаружения отклонения процесса от среднего значения и возникновения нестандартных разбросов (слишком больших либо слишком маленьких) в выборке.

Построим карту такого типа для общей жесткости воды.

Рис. 3. X-bar и R-карта для общей жесткости воды

Как видно по рисунку 3, ни одного случая разладки за все 100 дней наблюдений выявлено не было. Однако, все же стоит обратить внимание на точку R-карты на 35ый день.

Разброс жесткости в разных районах в этот день был особо высок. Если посмотреть на конкретные данные в каждом районе, данный разброс объясняется необычно низким значением уровня жесткости воды в СЗ районе – 0,3 мг-экв/л.

Одной из причин получения такого низкого значения может быть неверное измерение жесткости воды, либо поломка измерительного прибора. Логичным действием на такое событие является проведение проверки измерительного прибора и повторное измерение жесткости воды в этом районе.

Данную точку выброса следует убрать из дальнейших расчетов контрольных границ карты, т.к. она может значительно сместить её.

Нормативами установлено, что жесткость воды не должна превышать порог в 7 мг-экв/л. Отметим эту границу (верхняя граница допуска — ВГД) на карте.

Отобразим также на X-bar карте все индивидуальные наблюдения в каждой выборке.

Рис. 4. X-bar и R-карта с установленной ВГД и всеми наблюдениями

По рисунку 4 видно, что довольно много индивидуальных наблюдений выходит как за верхнюю контрольную границу, так и за ВГД. Причем средние значения по выборке лежат в допустимых пределах.

Следовательно, скорее всего, есть районы, в которых уровень жесткости воды регулярно выше, чем в других.

Для проверки этой гипотезы построим карту по индивидуальным наблюдениям (X и MR карта).

Рис. 5. X и MR карта для жесткости воды

По рисунку 5 видно, что количество выбросов огромно, особенно в последних 200 наблюдениях. Однако делать какие-либо выводы по данной карте было бы ошибочно, т.к. в данном случае контрольные границы рассчитываются исходя из данных по всем регионам за все время наблюдения.

Более корректно было бы разбить всю карту на 9 так называемых «наборов». Каждый такой набор соответствует данным по одному району. Для каждого набора STATISTICA рассчитывает индивидуальные контрольные границы.

Рис. 6. X и MR карта с использованием наборов

Как видно из рисунка 6, количество выбросов заметно уменьшилось. Каждый такой выброс должен быть изучен отдельно для выявления причин его возникновения и принятия необходимых решений.

Также, исходя из данной карты, можно сделать вводы о том, что в З районе повышенный уровень жесткости воды.

В то время как в СЗ районе вода в среднем самая «мягкая», однако разброс значений жесткости в этом районе очень велик. Большой разброс приводит к большой вероятности выхода значения жесткости за нормативное значение.

В данном случае необходимо более тщательно следить за уровнем жесткости в данном районе для обеспечения своевременного отклика на выход значения жесткости за нормативный предел.

Также, необходимо провести мероприятия по уменьшению разброса значений жесткости.

Например, установить более качественные фильтры на определенный тип солей, которые являются основной причиной возникновения данного разброса (для выявления таких солей можно воспользоваться диаграммами Парето, также реализованными в пакете STATISTICA).

Кроме описанных выше карт, существуют карты для выявления возникновения трендов в процессе. Для этого используются карты скользящего среднего (MА-карта), контрольная карта экспоненциально взвешенного скользящего среднего (EWMA-карта), карта накопленных сумм (CUSUM-карта). Пример такой карты без выбросов приведен на рисунке 7.

Рис. 7. EWMA-карта для параметра фтор

Все описанные выше карты контроля качества являются картами для непрерывных переменных (таких как концентрация какого-либо вещества в воде). Однако, на ряду с этими картами часто используются карты атрибутов.

Карты атрибутов строятся для частот возникновения неких событий. Например, в качестве события будем рассматривать выход концентрации фтора в воде за нормативные пределы (как в большую, так и меньшую стороны).

Для построения такой карты атрибутов создадим в нашей входной таблице новую переменную «Фтор_атрибут» (обозначим её как f_atr). Заполним ее исходя из следующего правила:

Для этого введем следующую формулу расчета в созданную переменную (см. рис. 8)

Рис. 8. Создание атрибутивной переменной

Построим С-карту для созданной нами переменной. С-карта строится для числа событий, произошедших за определенный промежуток времени (в данном примере за 100 суток). Мы используем С-карту т.к. исследуемое событие встречается редко (менее чем в 5% случаев), а данная карта рассчитывается исходя из Пуассоновского распределения (распределения редких событий).

В ином случае (частых событий) более корректно было бы использовать Np-карту, рассчитываемую на основе биномиального распределения.

Рис. 9. С-карта количества выходов концентрации фтора за нормативы

На рисунке 9 представлена С-карта количества выходов содержания фтора в воде за нормативные границы. Данные случаи были предварительно агрегированы по всем 9ти районам.

На карте наблюдается выход за контрольный предел для ЮЗ района (7ая точка). Т.е. стоит провести подробное исследование возникновения частых по отношению к другим районам событий выхода содержания фтора за нормативные рамки.

Подобным образом можно следить за всеми параметрами качества воды по отдельности. Однако если число этих параметров велико (исчисляется порядком в сотни), данный контроль очень затруднителен т.к. требует больших затрат.

В данном случае можно использовать многомерные карты контроля качества. Данные карты позволяют следить за разладкой нескольких показателей одновременно.

Выход точки за контрольные пределы многомерной карты говорит о том, что один или несколько из показателей качества воды вышел из-под контроля. В данном случае необходимо построить классические карты по каждому исследуемому параметру отдельно и обнаружить, какой показатель вызвал данную тревогу.

Пример одной из многомерных карт (а именно карта Т-квадрат Хотеллинга для средних) изображен на рисунке 10.

Рис. 10. Карта Т-квадрат Хотеллинга для средних с группировкой выборок по районам

Таким образом, карты контроля качества позволяют организовать мониторинг качества воды в любых масштабах: будь то целый материк, город или небольшое предприятие. При этом можно наблюдать как за конкретными показателями качества воды, так и за их совокупностями.

Данный инструмент вкупе с другими анализами, реализованными в STATISTICA, позволяют не только обнаружить факт выхода качества воды за нормативные рамки, но и предсказать заранее возникновение такого события. Кроме того инструментарий STATISTICA поможет Вам провести комплексный анализ причин возникновения такого рода «тревог» и принять верное решение для улучшения качества воды в целом.

Для одновременного слежения за многими параметрами качества воды, помимо использования многомерных карт контроля качества, можно воспользоваться инструментом автоматизации STATISTICA – макросами, написанными на языке STATISTICA Visual Basic.

Организовать автоматическую систему контроля качества воды можно следующим образом:

все измерения параметров качества воды регулярно (например, каждый час) заносятся в базу данных (реализованную на SQL Server, Oracle, MS Access, таблицы Excel и т.д.)

данные из базы передаются в пакет STATISTICA (с помощью инструмента STATISTICA Query);

исходя из полученных данных, перестраиваются одномерные контрольные карты по каждому из параметров;

если какая-либо из карт обнаружила разладку процесса (т.е. выход точки за контрольные границы) возникает так называемая «тревога»;

при возникновении тревоги запускается её обработчик, который, например, отсылает письмо по e-mail с кратким описанием возникшей проблемы;

оператор изучает карту с «тревогой», проводит дополнительные исследования, делает выводы о проведении необходимых мероприятий.

Каждый шаг (кроме первого и последнего) может быть автоматизирован с помощью SVB-макросов и проходить в фоновом режиме без участия оператора.

Описанная система контроля качества реализована в программном продукте STATISTICA Enterprise.

Боровиков В.П. Популярное введение в программу STATISTICA, Компьютер Пресс 1998. Книга, посвященная анализу данных, построению зависимостей, классификации и прогнозированию в системе STATISTICA.

Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows, Филинъ 1998. Справочное и учебное пособие по системе STATISTICA.

Боровиков В.П. STATISTICA, искусство анализа данных на компьютере, Питер 2001. В книге изложена концепция и технология современного анализа данных на компьютере. На основе элементарных понятий описываются углубленные методы анализа данных, иллюстрированные примерами из экономики, маркетинга, рекламы, бизнеса, медицины, промышленности и других областей.

Алексеев Л.С. Контроль качества воды, Инфра-М 2004. В книге освещены способы определения эффективности работы водоочистных и водоподготовительных сооружений, а также установок по обработке осадка. Рассмотрены методы и технологии лабораторно-производственного контроля за качеством природных и сточных вод.

Новиков Ю.Ю., Ласточкина К.С., Болдина З.Н. Методы исследования качества воды водоемов. — М.: Медицина, 1990.

ГОСТ 17.1.3.07-82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды, водоемов и водотоков.

Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: Санитарные правила и нормы (СанПиН 2.1.4.559-96). — М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996.

Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников: Санитарные правила (СанПиН 2.1.4.544-96). — М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996.

источник

Качество воды — это характеристика ее состава и свойств, то есть совокупность физических, химических, биологических и бактериологических показателей, обусловливающих пригодность воды для использования в промышленности быту.

Контроль и управление качеством воды в водных объектах играет важную роль вследствие исключительной значимости воды в жизни как водных, так и наземных экосистем. Важнейшей задачей в настоящее время является установление допустимых нагрузок на водные объекты.

Предельно допустимая нагрузка (ПДН) на данный водный объект — это степень предельно допустимого загрязнения воды, определяемая его физическими особенностями, а также способностью к нейтрализации примесей.

Строгие требования предъявляются к качеству питьевой воды и воды, используемой в пищевой промышленности.

Качество питьевой воды определяется по нескольким показателям.

Характеристики состава питьевой воды (ГОСТ 2874-82)

В нашей стране существует ГОСТ 17.1.3 — 77 «Охрана природы. Гидросфера. Правила выбора и оценки качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения». Этот стандарт распространяется на воду, подаваемую хозяйственно-питьевыми водопроводами, в том числе на воду централизованных систем водоснабжения, предназначенных для хозяйственно-бытовых, лечебно-профилактических, производственно-пищевых и других нужд населения.

Нормирование качества воды рек, озер, водохранилищ проводят в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения» (1988г.). Согласно этим правилам устанавливают две категории водоемов:

1 — водоемы питьевого и культурно-бытового назначения и

2 — водоемы рыбохозяйственного назначения.

Требования к составу и свойствам воды поверхностных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения

Нормируются фракционный состав взвешенных веществ. наличие плавающих примесей, запах, вкус. окраска, температура воды, рН, биохимическая потребность в кислороде, наличие возбудителей заболеваний, а также токсичных веществ (табл. 14 ).

Состав и свойства воды в проточных водоемах 1 категории должны соответствовать нормам в створах (пунк наблюдения), расположенных на расстоянии На непроточных водоемах вода должна соответсовать нормам в одном километре по обе стороны от пункта водопользования.

В рыбохозяйственных водоемах состав и свойства воды должны соответствовать нормам на расстоянии 500 м от места выпуска сточных вод.

Предельно допустимая концентрация примеси в воде водного объекта- это такой нормативный показатель, который исключает неблагоприятное влияние на организм человека и возможность ограничения и нарушения нормальных условий хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и других видов водопользования.

Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу, в связи с чем их нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воз­действие каждого вещества. При нормировании качества воды в водоемах питьевого и культурно-бытового назначения используют три вида ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический. Для водоемов рыбохозяйственного назначения наряду с указанными используют еще два вида ЛПВ: токсикологический и рыбохозяйственный.

Санитарное состояние водоема отвечает требованиям норм при выполнении соотношения:

где С — концентрация вещества в расчетном створе водоема,

ПДК- предельно допустимая концентрация данного вещества.

Для водоемов питьевого и культурно-бытового назначения проверяют выполнение трех, для водоемов хозяйственного назначения — пяти неравенств в соответствии с количеством ЛПВ. При этом каждое вещество можно учитывать только в одном неравенстве.

Вредные вещества, содержащиеся в промышленных стоках, подвергаются окислению в природных водоемах, что связано с потреблением растворенного в воде кислорода. Перерасход кислорода может приводить к его дефициту в воде и явлению эвтрофикации водоемов.

Для контроля общего загрязнения вод, а также количества расходуемого кислорода используют два показателя: химическое потребление кислорода (ХПК) и биохимическое потребление кислорода (БПК).

Химическое потребление кислорода — это количество кислорода в мг, необходимое для окисления химическим путем веществ, содержащихся в одном литре воды.

Биохимическое потребление кислорода — это количество кислорода в мг, израсходованное в определенный промежуток времени на аэробное биохимическое окисление при помощи микроорганизмов нестойких органических соединений, содержащихся в одном дм3 (литре) воды. БПК определяют за 5 суток (БПК ), 20 суток (БПК ), а также независимо от времени — полное окисление органических соединений (БПК полн), мг/дм 3 .

Сточные воды влияют на санитарный режим водоемов и водотоков, на процессы естественного самоочищения водоемов от загрязнений. В настоящее время способность поверхностных водоемов к самоочищению практически исчерпана, поэтому необходимо уделять особое внимание контролю за сбросом сточных вод.

Определение допустимого состава сточных вод проводят в зависимости от преобладающего вида примесей и с учетом характеристик водоема, в который сбрасывают сточные воды.

Допустимую концентрацию взвешенных веществ в очищенных сточных водах С_в определяют по формуле:

где Сф — концентрация взвешенных веществ в воде водоема до сброса в него сточных вод (фоновая);

ПДК — предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в водоеме; n — кратность разбавления сточных вод в воде водоема, характеризующая долю расхода воды водоема, участвующей в процессе перемешивания и раз­бавления сточных вод.

Концентрацию растворенных вредных веществ в очищенных сточных во­дах С_р определяют по следующей формуле:

где С_рф — концентрация растворенного вещества в воде водоема до сброса сточных вод;

С_m — максимально допустимая концентрация того же вещества с учетом максимальных концентраций и ПДК всех веществ, относящихся к одному виду лимитирующего показателя вредности (ЛПВ).

Для того, чтобы сточные воды, даже в значительной степени очищенные, не оказывали вредного воздействия на водные объекты, они должны разбавляться водой природного водоема. Разбавление сточных вод — это процесс уменьшения концентрации примесей, вызванный перемешиванием сточных вод с водной средой, в которую они выпускаются. Интенсивность разбавления количественно характеризуются кратностью разбавления n:

где С_с — концентрация загрязняющих веществ в выпускаемых сточных водах;

Сф и Св — концентрации загрязняющих веществ в водоеме до и после выпуска сточных вод соответственно.

При определении возможности спуска сточных вод проектируемого предприятия в водоем расчет кратности разбавления осуществляется по следующей формуле:

где Q — расход воды в реке, j — коэффициент смешения, q — расчетный расход сточных вод. Как правило, первые две величины берутся из данных гидрометеорологических служб, а q определя-ется расчетным путем или по аналогии с действующим предприятием «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения» запрещают предприятиям сбрасывать сточные воды в следующих случаях:

— если сброса сточных вод можно избежать, используя более рациональную технологию;

— если сточные воды содержат ценные отходы, которые можно утилизировать;

— если сточные воды содержат сырье, реагенты и продукцию предприятий в количествах, превышающих установленные нормы технологических потерь;

если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК.

Дата добавления: 2014-01-11 ; Просмотров: 2070 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник