Введение к работе
Актуальность. Деятельность человека в городах стала основным источником загрязнения малых равнинных рек. Возрастает сброс недостаточно очищенных городских сточных вод с очистных сооружений канализации и ливневых стоков, прежде всего, с территории промышленных предприятий с химическими производствами.
Оценка загрязненности состоит в сравнении значений гидрохимических показателей исследуемой речной воды с существующими нормативными значениями. Ныне предельно-допустимые концентрации (ПДК) являются основными нормативами при оценке качества речной воды. Существующие химические методы не являются комплексными и недостаточно удовлетворяют требованиям экологического контроля.
Другими факторами, сдерживающими применение известных методов, являются значительная их трудоемкость, дороговизна и длительность химического анализа. Но выявление всех видов опасных химических соединений в речной воде нереально. Поэтому разрабатываются и внедряются в практику экологического мониторинга интегральные методы, позволяющие оценить синергетическое действие на живые тест-организмы всех гидрохимических загрязнений.
Однако существующие интегральные методы дают оценку только в одной точке взятия проб или створе реки. Поэтому требуется создать новую методику комплексной оценки загрязненности малой реки городскими сточными водами по нескольким створам измерений вдоль реки.
Цель работы – научное обоснование, апробирование и внедрение в практику водопользования методики определения загрязненности речной воды на участке городской черты в результате сброса промышленных, канализационных и ливневых стоков.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
- проанализировать динамику многолетних гидрохимических данных ТЦ ГУП «Маргеомониторинг» по створам наблюдений на реке Малая Кокшага и выявить устойчивые закономерности загрязнения;
- разработать способ и технологию комплексной оценки загрязненности речной воды городскими сточными водами;
- разработать методику анализа и применения на практике обобщенного показателя загрязненности реки городскими сточными водами;
- провести биотестирование проб речной воды с использованием тест-организма Chlorella vulgaris и выявить закономерности токсичности загрязнений;
- создать математическую модель для расчета обобщенного показателя загрязненности воды, сравнить результаты биотестирования с гидрохимическими показателями речной воды по многолетней динамике, а также оценить риск здоровью городского населения;
- внедрить технологию комплексной оценки загрязненности реки на постах наблюдений и в учебный процесс.
Объектом исследования являлся участок реки Малая Кокшага в черте города Йошкар-Ола, в пределах которого располагаются выпуски ливневых и сточных вод канализации. Выбор такого объекта типичен для малых рек, протекающих по урбанизированным равнинным территориям.
Предметом исследования является группа показателей для комплексной оценки загрязненности речной воды, закономерности их посуточной, сезонной, годичной и многолетней циклически-волновой динамики, соотношения результатов биотестирования и гидрохимических показателей.
На защиту выносятся:
1. Закономерности многолетней посуточной динамики гидрохимических показателей качества воды реки М. Кокшага.
2. Способ (патент №2269775) измерения загрязненности речной воды и методика расчета обобщенного показателя загрязненности (ОПЗ).
3. Закономерности изменения ОПЗ, оценки зависимости ОПЗ от гидрохимических и биохимических показателей речной воды.
4. Показатели опасности водопользования и риска здоровью населения города от загрязнения речной воды.
Научная новизна. Впервые влияние сточных вод городских территорий на качество речной воды предложено оценивать по обобщенному показателю загрязненности (ОПЗ) и разработана методика его применения. Установлены математические закономерности и модели изменения обобщенного показателя в зависимости от известных гидрохимических и биохимических показателей, а также установлена связь ОПЗ с риском для здоровья населения.
Степень обоснованности научных положений. Теоретические положения подтверждены результатами производственных и лабораторных экспериментов исследований, которые выполнены с применением современного оборудования. Получены закономерности и математические модели с коэффициентом корреляции от 0,81 до 0,99. Результаты, изложенные в диссертации, не противоречат известным методикам. Использован многолетний статистический материал по створам наблюдений ТЦ ГУП «Маргеомониторинг».
Практическая значимость. Предложенный и запатентованный способ измерения загрязненности речной воды позволяет в короткие сроки (в течение суток) и с малыми затратами количественно установить комплексное влияние сточных вод на качество речной воды и оценить уровень загрязненности воды. При этом появляется возможность дальнейшего совершенствования способа за счет различных условий применения математического моделирования накапливающихся данных идентификацией выявления устойчивых закономерностей непосредственно на постах наблюдений.
Личное участие автора в получении результатов. Разработка способа измерения загрязненности речной воды городскими сточными водами (патент №2269775), выявление и обследование точечных и групповых источников загрязнения р. Малая Кокшага в черте города, проведение биотестирования более чем на 370 пробах речной воды, их моделирование и анализ.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертации докладывались и получили одобрение на республиканских научно-практических конференциях: «Наука в условиях современности»
(г. Йошкар-Ола, 2004–2010 гг.); Международном научно-промышленном форуме «Великие реки» (Н. Новгород, 2007–2008 гг.); также опубликованы в центральных изданиях: «Водное хозяйство России»; «Мелиорация и водное хозяйство»; «Экология и промышленность России». Результаты работы внедрены в учебный процесс и производство МУП «Водоканал»
г. Йошкар-Ола.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 1 патент на изобретение и 3 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах по списку ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Содержит: 134 стр. текста, приложений на 46 стр. и списка литературы из 206 наименований, в т.ч.18 – на иностранном языке.
