Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы. Современные представления о сточных водах как экологическом факторе негативного антропо генного воздействия на окружающую среду 8
1.1. Вода, как природный ресурс 8
1.2. Антропогенное загрязнение гидросферы 9
1.2.1. Виды негативного антропогенного воздействия на водоемы, ухудшение качества водных ресурсов 9
1.2.2. Загрязнение водных объектов сточными водами, отводимыми из точечных источников 11
1.2.3. Состав и свойства сточных вод на предприятии 12
1.2.4. Загрязнение водных объектов от рассредоточенных источников сточных вод 13
1.2.5. Вторичное загрязнение водных объектов 14
1.2.6. Влияние сточных вод на экосистемы водных объектов
1.3. Нормирование качества вод 17
1.4. Система нормирования качества сточных вод 21
1.5. Контроль качества сточных вод 25
1.5.1.Гидрохимический анализ 25
1.5.2. Биологические методы исследования качества вод 33
1.5.3. Биотестирование как один из основных элементов экологического контроля 34
1.6. Математические методы в экологическом контроле и нормировании...42
1.6.1. Элементы теории нечетких множеств в решении задач экологического мониторинга 43
1.6.2. Детерминационный анализ и некоторые аспекты его применения в экологическом контроле 46
Глава 2. Материалы и методы исследований 51
2.1. Материалы исследований 52
2.2. Методы биологического тестирования
2.2.1. Тест с использованием инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg ...54
2.2.2. Тест с использованием ракообразных Ceriodaphnia affinis Lillijeborg..54
2.3. Статистические методы анализа 57
2.3.1. Анализ зависимостей между параметрами токсичности и показателями химического состава сточных вод 57
2.3.2. Детерминационный анализ 59
2.3.3. Функция желательности 60
Глава 3. Алгоритмы применения функции желательности для комплексной оценки качества сточных вод 63
3.1.Алгоритм применения функции желательности для оценки качества сточных вод по химическому составу 63
3.2 Алгоритм применения функции желательности для оценки токсичности сточных вод 70
3.3. Квалификационная оценка качества сточных вод 73
Глава 4. Комплексная оценка качества сточных вод по показателям химического состава с применением функции желательности 75
4.1. Определение приоритетных загрязняющих веществ в сточных водах...75
4.2. Динамика качества сточных вод 78
4.3. Ранжирование выпусков сточных вод по комплексной оценке их качества 83
Глава 5. Комплексная оценка качества сточных вод по показателям токсичности с применением функции желательности 89
5.1. Общая характеристика токсичности сточных вод выпусков РФЯЦ-ВНИИЭФ и ЭМЗ «Авангард» 89
5.2. Токсичность сточных вод выпусков РФЯЦ-ВНИИЭФ 90
5.3. Токсичность сточных вод выпусков ЭМЗ «Авангард» 95
Глава 6. Анализ зависимостей между показателями химического состава и параметрами токсичности сточных вод 98
6.1. Корреляционный анализ силы связи химического состава сточных вод и их токсичности 98
6.2. Регрессионный анализ зависимости параметров токсичности сточных вод от их химического состава 104
6.3. Дискриминантный анализ зависимости степени токсичности сточных вод отих химического состава 107
6.4. Детерминационный анализ связи химического состава сточных вод и их токсичности 109
6.5. Взаимосвязь комплексных показателей качества сточных вод по параметрам токсичности и химическому составу, полученных с применением функции желательности 113
Заключение 118
Выводы 120
Литература
- Загрязнение водных объектов сточными водами, отводимыми из точечных источников
- Тест с использованием инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg
- Алгоритм применения функции желательности для оценки токсичности сточных вод
- Динамика качества сточных вод
Введение к работе
Актуальность работы. Важность разностороннего контроля и оценки качества промышленных сточных вод диктуется необходимостью установления их влияния на экосистемы водоемов. В большинстве случаев такой контроль проводится по перечням химических показателей сточных вод, определяемых исходя из технологических процессов, в результате которых образуются сточные воды (Жмур, 2003). Однако если возвратные воды имеют многокомпонентный состав, одного химического контроля недостаточно для оценки их опасности для биологических организмов. В этом случае возникает необходимость токсикологического контроля с целью оценки комбинированного действия загрязняющих веществ сточных вод на водные экосистемы (Крайнюкова, 1988; Жмур, 1997; Филенко, 2008; Hermers et al., 1984; Van Loon, Her-mens, 1995). Несмотря на то, что токсичность возвратных вод определяется их компонентным составом, выявление зависимостей между степенью токсичности сточных вод и концентрациями загрязняющих веществ в них представляется нетривиальной статистической задачей и представляет особую сложность для сточных вод многокомпонентного состава. Установление таких связей требует применения мощных инструментов многомерного статистического анализа, например, детерминационного. В свою очередь, полученные результаты имеют прогностическое значение, дают возможность разрабатывать рекомендации по нормированию сброса загрязняющих веществ и принимать управленческие решения, направленные на сокращение вредного антропогенного влияния на водные экосистемы.
Цель работы: разработка и верификация системы комплексной оценки качества сточных вод по показателям токсичности и химического состава с применением обобщенной функции желательности и методов математической статистки на примере предприятий машиностроительного комплекса.
Задачи исследования: 1. Разработать и обосновать алгоритм применения обобщенной функции желательности для сжатия информации в процедуре оценки качества сточных вод по их химическому составу.
-
Разработать и* обосновать алгоритм применения обобщенной функции желательности для сжатия информации в процедуре оценки качества сточных вод по их токсичности.
-
Верифицировать алгоритмы применения обобщенной функции желательности для оценки качества сточных вод по их химическому составу и токсичности на-примере предприятий машиностроительного комплекса. - -. - ._.
-
Методами корреляционного и регрессионного анализа выявить приоритетные загрязняющие вещества сточных води установить зависимость параметров их токсичности от химического состава.
-
Дать прогноз токсичности сточных вод по содержанию в них загрязняющих веществ методом дискриминантного анализа с пошаговой редукцией переменных.
-
Обосновать токсикологически допустимые уровни содержания загрязняющих веществ в сточных водах методом детерминационно-го анализа.
Научная новизна работы. Впервые для целей экодиагности-ки сточных вод разработаны и обоснованы алгоритмы применения обобщенной функции желательности для расчета интегральных показателей качества сточных вод по их химическому составу и токсичности, позволяющие сжимать информацию и оперировать с большими массивами данных. Показана возможность прогнозирования токсичности сточных вод по содержанию в них загрязняющих веществ с помощью методов многомерного статистического анализа. Впервые предложены и определены токсикологически допустимые уровни содержания загрязняющих веществ в сточных водах методом детерминационного анализа.
На защиту выносятся следующие положения. .
-
Алгоритмы расчета показателей комплексной оценки химической опасности и токсичности сточных вод, представляющие собой адаптацию обобщенной функции желательности для целей сжатия информации в процедуре экодиагностики сточных вод, которые удовлетворяют требованиям адекватности, массовости, результативности и детерминированности.
-
Процедура ранжирования выпусков сточных вод по показателям комплексной оценки на основе обобщенной функции желательности, позволяющая в едином масштабе получать сопоставимые оценки качества сточных вод во временной и пространствен-
ной динамике, и оптимизировать природоохранные мероприятия.
3. Процедура прогнозирования токсичности сточных вод на основе показателя токсикологически допустимого уровня содержания загрязняющих веществ.
Практическая значимость работы. Разработанные методы интегральной оценки качества сточных вод были применены при проведении экологического мониторинга на предприятиях машиностроительного комплекса г. Саров (РФЯЦ-ВКИИЭФ и ЭМЗ «Авангард»). Выявлены приоритетные загрязняющие вещества, проведено ранжирование выпусков по качеству отводимых вод, оценена динамика качества сточных вод, сбрасываемых из выпусков предприятия. Установлена взаимосвязь токсичности вод и их компонентного состава, и даны рекомендации по нормированию содержания загрязняющих веществ в сточных водах с учетом их токсикологической значимости. Материалы диссертации используются в учебном процессе в Нижегородском государственном университете им Н.И. Лобачевского (Национальном исследовательском университете).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов и списка литературы. Основной текст изложен на 136 страницах, включая 19 таблиц, 12 рисунков. Список литературы включает 206 наименований, в т.ч. 37 иностранных.
Загрязнение водных объектов сточными водами, отводимыми из точечных источников
Незагрязненные производственные сточные воды поступают от холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов, кроме того, они образуются при охлаждении основного производственного оборудования и продуктов производства. Эти воды составляют значительную часть всех производственных вод и могут составлять до 90% от всех сточных вод.
Хозяйственно-бытовые сточные воды поступают от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории предприятия. Данные воды загрязнены преимущественно органическими веществами и микроорганизмами; их состав и количество примерно постоянны, концентрация загрязняющих веществ зависит от уровня водопотребления.
Атмосферные воды образуются при выпадении осадков и от таяния снега. Загрязняющие вещества могут попасть в сточные воды при смывании их с загрязненных территорий дождевой и талой водой, а также при вымывании из загрязненных почв дренажными водами. Это могут быть самые различные вещества. Наиболее вероятно содержащимися компонентами являются взвешенные вещества, ионы железа, нефтепродукты, АПАВ и аммонийный азот. Данные воды могут становиться токсичными при попадании в них токсичных веществ, смываемых с территорий (Яковлев и др., 1985).
Антропогенное загрязнение в значительной степени происходит за счет неорганизованного сброса сточных вод с территорий населенных пунктов, площадок промышленных предприятий, с территорий, занятых под сельское хозяйство, лугов, пастбищ, автострад и железных дорог, площадок складирования удобрений и отходов, свалок и т.п. (Гюнтер, Жмур, 1999; Штыков и др., 2000). К рассредоточенным источникам также относятся дымовые и газовые выбросы предприятий и автотранспорта, которые осаждаются и поступают на поверхность с атмосферными осадками. Объемы поступления загрязняющих веществ в водные объекты от рассредоточенных источников не поддаются точному контролю, а с большей или меньшей степенью достоверности определяются расчетным путем (Ланцова, Ту-лякова, 2000).
Доля рассредоточенных источников в загрязнении водоемов значительно большая, чем городских сточных вод: с городскими сточными водами в поверхностные водоемы России сбрасывается 17% общего количества загрязнений, а неорганизованным сбросом - более 50% (Жмур, 2003). Токсическая нагрузка на природные водоемы многократно возрастает, в особенности, из-за поступления со стоками с сельхозугодий различных пестицидов, в частности, устойчивых в ок ружающей среде и наиболее опасных для экосистем хлорорганических пестицидов (Лукьяненко, 1979; Donald, Syrgiannis, 1995; Giese, Krueger, 1995; Petty et al., 1995).
Важную роль в ухудшении экологического состояния многих водных объектов играет вторичное загрязнение, происходящее из-за распада донных отложений, накопившихся в водоемах в течение многих десятилетий. В современных условиях на освоенной части территории России в водных объектах в результате хозяйственной деятельности накоплено громадное количество донных отложений, представляющих из себя, по сути, открытые могильники с непредсказуемыми свойствами. Даже при условии полного прекращения поступления в водоемы загрязненных вод, вторичное загрязнение может приводить к устойчивому превышению ПДК по многим компонентам, сохраняющееся десятки лет (Боровков, Волшаник, 2000; Попов, 2000).
Поступающие в речные русла взвешенные вещества и различные загрязнения частично транспортируются, частично выпадают в донный осадок. В донные отложения попадают соединения, обедненные энергией, с трудом поддающиеся распаду (Васильченко, 2000). Накапливая в себе тяжелые металлы, радионуклиды, органические вещества, в том числе супертоксиканты - полиароматические углеводороды, полихлорбифенилы, диоксины, а также бактериологические загрязнения, донные отложения становятся источником непрерывных, а периодически «вспышек» вторичных загрязнений вод (Казмирук, 2000; Мойсейченко, Дроздов, 2008; Rubinstein et al., 1984).
В илах, богатых органическим веществом, в аэробных и анаэробных условиях при воздействии микроорганизмов интенсивно происходит их биохимическое разложение (Кузьмина и др., 2000). При этом основным процессом распада преобладающей части компонентов загрязнения является анаэробная деструкция, в результате которой появляются своеобразные продукты трансформации. Образуются сложные, иногда более токсичные, чем исходные, органические вещества, соединения аммония, фосфора, азот, метан, H2S и СОг (Попов, 2000). Создаются благоприятные условия для восстановления и растворения веществ, которые сначала переходят в иловые растворы, а затем в придонные слои воды. В восстановительных условиях в раствор из гидроокислов переходят катионы металлов, ухудшая органолептические и токсикологические свойства придонных вод (Кочарян, 2000; Кузьмина и др., 2000; Толкачев, 2000; Светашова, 2008).
Тест с использованием инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg
Исследование качества вод на токсичность с применением биотестирования имеет большую ценность, т.к. его результаты оперативно сигнализируют об опасном воздействии химического загрязнения на жизнедеятельность водных организмов, причем не по отдельным компонентам, а по их смесям, часто неизвестной природы и не выявляемых другими методами анализа токсичных веществ (Крайнюкова, 1988; Жмур, 1997; Бакаева, 2008; Филенко, 2008).
В результате процедуры лабораторного биотестирования при использовании классических методов устанавливается острая и хроническая токсичность исследуемой воды.
Острая токсичность выражена в том случае, если интенсивность воздействующего агента велика настолько, что компенсаторная и адаптационная реакции организма не успевают проявиться, и он гибнет.
Хроническая токсичность определяется при менее интенсивном, но более длительном воздействии токсикантов; при этом происходит нарушение равновесия между распадом и синтезом веществ в организме гидробионтов, нарушения в геноме и прекращение воспроизводства. Результаты экспериментов на хроническую токсичность отвечают на вопрос: обеспечит ли сохранность вида, изменившаяся под влиянием сточных вод плодовитость гидробионтов.
На основании данных проведенных экспериментов устанавливается безвредная кратность разбавления (БКР) исследуемой воды, при которой гибель организмов.не превышает таковую в контроле (Жмур, 1997).
Эколого-рыбохозяйственными требованиями предписывается, что сточные воды на выпуске в водный объект не должны оказывать острого токсического действия на тест-объекты. Поступление в водные объекты загрязняющих веществ со сточными водами может вызывать хроническую токсичность воды, что приводит к нарушению нормального функционирования водных организмов, угнетению процессов самоочищения и ухудшению качества воды. Исходя из этого, нормативом предельно допустимого уровня токсичности природных вод, соблюдение которого обеспечит экологическое благополучие водных объектов и нормальную жизнедеятельность гидробионтов, является отсутствие хронической токсичности в контрольном створе. При этом необходимо проводить исследования образцов с использованием не менее 2 методик, где в качестве тест-организмов используются биологические объекты разных таксономических групп (Правила охраны..., 1991; Крайнюкова, 2004).
Один из методологических вопросов комплексной оценки состояния компонентов окружающей среды - установление связей между результатами химического анализа, показывающего степень загрязненности среды отдельными соединениями, и результатами биотестирования, которые характеризуют ее токсические свойства в интегральной форме (Крайнюкова, 2004). Как и все интегральные показатели, токсичность имеет тот недостаток, что не раскрывает загрязняющие вещества, присутствующие в пробе, поэтому в ряде случаев результаты биотестирования могут не совпадать с выводами о загрязненности воды, полученными на основании химических анализов. Это объясняется многими причинами.
В исследуемой воде могут присутствовать поллютанты, не контролируемые химическим анализом. В этом случае при удовлетворительном химическом составе воды может быть выявлено наличие токсичности.
В пробе воды могут содержаться загрязняющие вещества, выявляемые химическими анализами, которые можно «упустить» при определении токсичности, так как они ее не проявили или проявили слабо по причине молекулярного строения, гидрофобности и т.д. Эти вещества в результате последующего разбавления, трансформации, взаимодействия с другими веществами могут измениться с проявлением свойств токсичности (Жмур, 1997).
Исключительную важность в формировании токсичности многокомпонентных смесей играют эффекты комбинированного действия загрязняющих веществ. Это явление трудно предсказать, опираясь на данные, касающиеся компонентов изучаемой смеси, однако его можно успешно исследовать с помощью биотестирования благодаря интегральное отклика тест-организмов на внешние воздействия (Туманов, Крестьянинов, 2002; Hermens et al., 1984).
В лабораторной практике биотестирования могут возникать также эффекты стимуляции и специфические эффекты действия малых доз токсикантов, которые осложняют интерпретацию получаемых результатов и сопоставимость их с результатами химического анализа. Стимуляция — положительная тест-реакция тест-объектов на воздействие токсикантов (противоположная угнетению). Например, при повышенном содержании биогенных элементов встречается стимуляция плодовитости гидробионтов, темпа роста водорослей и др. Специфическое действие малых доз токсикантов наблюдается в тех случаях, когда при значительном разбавлении проб вод (в 30-300 раз) возникает эффект их токсичности, в то время как при существенно меньших разведениях он не наблюдался, а острая токсичность была определена при небольшом разбавлении (например, в 3-5 раз). Это связано с тем, что при действии малых доз токсикантов выделительная система у организмов недостаточно эффективно функционирует, и токсиканты, накапливаясь, вызывают эффект сильного действия на гидробионтов на фоне низких концентраций загрязняющих веществ в исследуемой воде (Жмур, 1997).
Таким образом, комплексная оценка свойств вод должна включать как анализ содержания загрязняющих веществ, так и тесты с использованием биологических тест-объектов, что позволит дать ответ на вопрос об опасности данных вод для экосистем водоемов,
Алгоритм применения функции желательности для оценки токсичности сточных вод
Программа STATISTICA 6.0 (StatSoft, Inc., 2001), при помощи которой выполнен расчет, производит автоматическое оценивание точки разрыва (начиная со среднего значения зависимой переменной).
Применение этого метода позволяет выявить вещества, вносящие наибольший вклад в формирование токсических свойств вод (т.е. определить лучшие предикторы) и получить системы уравнений, характеризующие степень их вклада. Определяются точки перегиба, в которых меняется зависимость БКР от содержания загрязняющих веществ, и оценивается доля экспериментальных значений, достоверно характеризуемых полученными уравнениями.
Дискриминантный анализ. Дискриминантный анализ - эффективный инструмент для поиска переменных, позволяющих относить наблюдаемые объекты в одну или несколько реально наблюдаемых групп; для классификации наблюдений в различные группы. Дискриминантный анализ используется для принятия решения о том, какие переменные различают (дискриминируют) две или более возникающие (или определенные априори) совокупности. В ходе анализа строится модель, позволяющая лучше всего предсказать, к какой совокупности будет принадлежать тот или иной образец. При пошаговом дискриминантном анализе методом исключения сначала в модель включаются все переменные, а затем на каждом шаге устраняются те из них, которые вносят малый вклад в предсказания. Тогда в качестве результата успешного анализа можно сохранить только «важные» переменные в модели, то есть те, чей вклад в дискриминацию больше ос тальных. Предполагается, что анализируемые переменные представляют выборку из многомерного нормального распределения. Однако пренебрежение условием нормальности обычно не является «фатальным» в том смысле, что результирующие критерии значимости все еще заслуживают доверия (Клека, 1989). Другой главной целью применения дискриминантного анализа является проведение классификации. Как только модель установлена и получены дискриминантные функции, можно ответить на вопрос о том, как хорошо они могут предсказывать, к какой совокупности принадлежит конкретный образец (Klecka, 1975).
Таким образом, массив имеющихся данных о токсичности проб сточных вод с соответствующими сведениями о химическом составе был разбит на две группы: токсичные и нетоксичные пробы. Затем в ходе анализа с применением пошагового исключения переменных получены функции классификации, определившие наиболее значимые переменные (т.е. загрязняющие вещества) и их вклад в токсичность вод. Решение задачи о классификации позволило получить прогноз отнесения пробы с известным содержанием определенных классификационными функциями компонентов к группе токсичных, либо нетоксичных проб. Таким образом, дискриминантный анализ позволяет получить качественную характеристику отнесения вод к токсичной или не токсичной группе на основании параметров химического состава вод.
Найти диапазоны концентраций, в которых вещества не проявляют токсичности, т.е. токсикологически допустимые уровни (ТДУ) (Безруков, 2006), и на их основании нормировать содержание веществ можно, используя детерминационный анализ (ДА). Для осуществления на практике ДА данных использовалась компьютерная программа «ДА система» (версия 4.0), созданная фирмой «Контекст», которая позволяет реализовать все процедуры ДА.
ТДУ содержания в сточных водах загрязняющих веществ рассчитывались отдельно для P.caudtum и C.affinis на основании результатов исследования токсичности и химического состава сточных вод, отводимых через выпуски РФЯЦ ВНИИЭФ и ЭМЗ «Авангард», оценивались точность и полнота генерируемых детерминаций (в данном случае - диапазонов концентраций веществ). Точность, в нашем случае, характеризует, как часто при повышении концентрации загрязняющего вещества, повышается токсичность сточных вод, а полнота - как часто при возрастании токсичности наблюдались случаи увеличения концентрации загрязняющего вещества. Статистически значимыми в ДА являются результаты, в которых показатель точности анализа составляет не менее 50%, а полноты — не менее 25% случаев.
В качестве интегрального показателя качества сточных вод была использована обобщенная функция желательности (ОФЖ), которая, в свою очередь, рассчитывается на основе частных функций желательности. Теоретические предпосылки применения ОФЖ в процедуре экологического мониторинга были рассмотрены в обзоре литературы (раздел 1.6).
В качестве исходных данных для оценки качества сточных с применением функций желательности использованы результаты химического анализа и биотестирования сточных вод, отводимых из выпусков РФЯЦ-ВНИИЭФ и ЭМЗ «Авангард».
Обоснование и интерпретация предложенных в работе алгоритмов расчета частных и обобщенных функций желательности будет подробно дано в главе 3. Здесь же ограничимся краткой характеристикой основных этапов анализа.
Химический состав сточных вод. На первом этапе были сформированы таблицы исходных данных для каждого выпуска сточных вод. Строки таблицы соответствуют измеряемым химическим показателям качества вод, столбцы -годам исследований. В ячейки таблицы заносятся концентрации веществ, рассчитанные как средние арифметические измеренных значений за исследуемый период (результаты измерений в протоколах анализов проб сточных вод) с указанием стандартной ошибки выборочного среднего.
Динамика качества сточных вод
Описанная в главе 3 процедура расчета функции желательности, была применена для комплексной оценки качества сточных вод, сбрасываемых из выпусков РФЯЦ - ВНИИЭФ и ЭМЗ «Авангард», по результатам химического анализа. С этой целью были актуализированы данные химического мониторинга сточных вод:
- составлены рабочие таблицы, содержащие средние измеренные концентрации загрязняющих веществ по годам исследований для каждого выпуска;
- по каждому выпуску проведен расчет частных функций желательности для отдельных химических показателей с учетом значений весовых коэффициентов.
Актуализация позволила установить для каждого выпуска приоритетные загрязняющие вещества, наиболее влияющие на качество сточных вод (табл. 7 и 8). В этих таблицах жирным шрифтом выделены вещества, для которых значение частной функции желательности d, 0.1, что соответствует «очень плохому» качеству сточных вод, и/или значение весового коэффициента /? 10, следовательно, имеет место не менее чем 10-ти кратное превышение фактической концентрации загрязняющего вещества в сточных водах над ее допустимым значением. Таким образом, именно эти химические показатели вносят наибольший вклад в снижение значения ОФЖ и, как следствие, низкую оценку качества сточных вод.
Анализ результатов, представленных в табл. 7 и 8, показывает, что с помощью предложенной методики для сточных вод разного состава и источника происхождения можно выявлять лимитирующие компоненты, негативно влияющие на качество сточных вод. В каждом конкретном случае перечень этих компонентов индивидуален и зависит от особенностей технологических процессов, в результате которых образуются сточные воды (для производственных сточных вод), и источников образования вод (производственные, ливневые сточные воды, или хозяйственно-бытовые сточные воды после биологической очистки). Например, для производственных сточных вод (выпуски 2 и 5а) приоритетными загрязняющими веществами являются катионы металлов и аммония, поступающие со стоками цехов, в частности, гальванических. Для сточных вод, поступающих от мойки автотранспорта (выпуск 3), - нефтепродукты. Для ливневых вод (выпуск 11)- катионы железа, нефтепродукты и взвешенные вещества. Для производственно-ливневых вод (выпуски 1а, 8а) - катионы металлов, фосфаты и нефтепродукты. Для хозяйственно-бытовых сточных вод после биологической очистки (выпуски 6, 7 и 8) - соединения азота и фосфора, особенно восстановленные формы (ионы аммония) и недо-окисленные (нитриты), что свидетельствует о недостаточной эффективности биохимического окисления на сооружениях, а также катионы железа, наличие которых в исходной воде связано с природным составом добываемых вод, а также с изношенностью труб. Анализ качества сточных вод при помощи предложенной методики позволяет учитывать содержание загрязняющих веществ и отражает их реальный вклад в качество сточных вод в каждом конкретном случае. При этом учитывается класс опасности загрязняющих веществ (коэффициент а) и степень превышения их содержания над допустимыми концентрациями (коэффициент /?). Таблица 7 Приоритетные загрязняющие вещества, влияющие на качество сточных вод, отводимых через выпуски РФЯЦ - ВНИИЭФ
Выпуск 2 Катионы люди,аммония и хрома(VI) Катионы меди, аммония и железа, фосфаты Катионы меди, аммония и сульфаты Катионы меди, аммония и железа, сульфаты Катионы меди, аммония Катионы меди, аммония и железа
Выпуск 3 Нефтепродукты Нефтепродукты Нефтепродукты Нефтепродукты Нефтепродукты Нефтепродукты
Выпуск 5 Нефтепродукты Нефтепродукты Нефтепродукты Взвешенные вещества Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Нефтепродукты
Выпуск 6 Взвешенные вещества, нитриты, катионы аммония и железа Взвешенные вещества, хпк, нитриты, катионы аммония и железа Взвешенные вещества, нитриты, катионы аммония и железа Нитриты, катионы аммония ижелеза, взвешенные вещества Катионы аммония и железа,нефтепродукты Нитриты, катионы аммония и железа нефтепродукты
Выпуск 7 Катионы аммония, нитриты Катионы аммония и железа, нитриты, фосфаты Катионы аммония и железа, нитриты, фосфаты Катионы аммония н железа, нитриты, фосфаты Катионы аммония и железа, нитриты, фосфаты, нефтепродукты, ХПК Катионы аммония н железа,нитриты, фосфаты, нефтепродукты
Выпуск 8 Катионы аммония и железа, нитриты, фосфаты Катионы аммония и железа, нитриты, фосфаты Катионы аммонии и железа, нитриты, фосфаты Катионы аммония н железа, нитриты, фосфаты Катионы аммония и железа, нитриты, фосфаты Катионы аммонии н железа, нитриты, фосфаты Выпуск11 Взвешенные вещества Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Взвешенные вещества Катионы железа Нефтепродукты Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Таблица 8 Приоритетные загрязняющие вещества, влияющие на качество сточных вод, отводимых через выпуски ЭМЗ «Авангард» Выпуски Период исследований, год
Выпуск 1а Катионы аммонияи железа, нитриты Катионы аммония и железа, нефтепродукты Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Фосфаты Фосфаты Фосфаты, катионы железа
Выпуск 5а Катионыникеля,хрома (Ш), хрома(VI) и меди Катионы хрома (Ш), хрома (VI) Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы
Выпуск 6а Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы
Выпуск 7а Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы Превышения содержания загрязняющих веществ не зафиксированы
Выпуск 8а Катионы цинка,железа и аммония,нитриты Катионы цинка, фосфаты Катионы цинка Катионы цинка Катионы цинка Катионы цинка 4.2. Динамика качества сточных вод
На основании рассчитанных частных функций желательности с весовыми коэффициентами были получены значения комплексных показателей качества (ОФЖ) для каждого выпуска РФЯЦ-ВНИИЭФ (табл. 9) и ЭМЗ «Авангард» (табл. 10) за весь период исследований. Рассмотрим последовательно полученные результаты.
Выпуски сточных вод РФЯЦ-ВНИИЭФ. Как следует из данных приведенных в табл. 9, качество сточных вод выпусков РФЯЦ-ВНИИЭФ, характеризуемых ОФЖ, различается по годам исследований. Наибольшие колебания наблюдаются для выпусков 3, 5 и 11, причем в 2008 г. имеет место тенденция к улучшению. Относительно стабильным низким качеством сточных вод характеризуются выпуски 2, 6, 7 и 8, причем для вод выпуска б наблюдается тенденция к ухудшению.
Наблюдаемая динамика качества сточных вод анализируемых выпусков определяется, главным образом, колебаниями содержания в сточных водах приоритетных загрязняющих веществ. В сточных водах выпусков 3 и 5 в течение исследуемого периода происходили изменения содержания приоритетных загрязнителей - нефтепродуктов, что закономерно находило отражение в значениях ОФЖ.
Относительно высокое качество вод выпуска 11 с небольшими колебаниями связано с изменениями концентраций, в основном, взвешенных веществ, катионов железа и нефтепродуктов, превышения которых были невысокими.
Постоянные высокие превышения содержания соединений азота и фосфора, а также катионов железа и взвешенных веществ в сточных водах выпусков 6, 7 и 8 являются причиной низкого качества вод и оцениваются как «плохое» и «очень плохое» по значениям ОФЖ. Причиной наблюдаемых явлений являются неполадки в работе сооружений и, как следствие, - низкое качество биохимической очистки и вынос высоких концентраций загрязняющих веществ со сточными водами.
Относительно стабильное низкое качество сточных вод выпуска 2, оцениваемое по значению ОФЖ как «очень плохое» в течение всего периода исследований, связано со значительными превышениями содержания катионов металлов, особенно меди, и аммония, что вызвано сбросами гальванического производства, а также высокими концентрациями солей (сульфаты, фосфаты), поступающими с цеха химводоочистки.
Выпуски сточных вод ЭМЗ «Авангард». Анализ динамики качества сточных вод ЭМЗ «Авангард», сбрасываемых через различные выпуски, позволяет в целом охарактеризовать работу предприятия положительно (табл. 10). «Очень плохое» качество сточных вод выпуска 1 а в 2004 г. было обусловлено повышенным содержанием в стоках нефтепродуктов, поступающих от мойки автотранспорта, а также катионов железа и аммония. В течение 2005-2008 гг. качество вод выпуска 1а являлось стабильным, оценивалось по значению ОФЖ как «удовлетворительное» и обусловлено преимущественно содержанием фосфатов.
В то же время за период исследования наблюдается существенное улучшение качества сточных вод выпусков 5а и 8а. Это связанно, главным образом, со снижением концентраций приоритетных загрязняющих веществ. В выпуске 5 а такими веществами являются преимущественно катионы тяжелых металлов, поступающие со стоками гальванического производства. Снижение его объемов привело к уменьшению поступления загрязняющих веществ в сточные воды. В водах выпуска 8а приоритетные загрязнители — нитриты, фосфаты и катионы цинка.
Сточные воды выпусков 6а и 7а характеризуются стабильным «очень хорошим» качеством, которое обусловлено низким содержанием в них загрязняющих веществ.
Проведение ретроспективного анализа динамики качества сточных вод с помощью ОФЖ на примере выпусков РФЯЦ - ВНИИЭФ и ЭМЗ «Авангард» позволило не только выявить критические временные отрезки, но и вскрыть причины, обусловившие снижение качества сточных вод, а также адресно указать источники поступления сточных вод низкого качества.
