Введение к работе
Актуальность. Возрастающая антропогенная нагрузка дестабилизирует природные экосистемы, необходимость контроля этих процессов требует создания новых химико-аналитических методов изучения водных объектов, способных обеспечить неконтролируемые, в том числе трансграничные, переносы загрязняющих веществ (ЗВ).
Сложность измерения качества природных вод заключается в чрезвычайном многообразии факторов химической опасности. Действительно, «полный» перечень подлежащих анализу химических соединений составить принципиально невозможно. Отсутствие в настоящее время неселективных тест-методов, отвечающих требованиям экологической безопасности в сфере угрозы химического загрязнения вод, способных быстро и качественно оценить состояние водной среды, наличие в ней ЗВ заранее неизвестной природы делает актуальным данное исследование.
Для решения проблемы интегральной оценки качества природных вод используют различные интегральные показатели (ИП), такие как редокс-потенциал, показатель уровня трофности, показатель трофического состояния и другие, некоторые из них могут быть получены с помощью достаточно экспрессных тест-методов анализа. В диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Неверовой-Дзиопак Е. «Теоретическое, методологического и инженерное обеспечение охраны поверхностных вод от антропогенного эвтрофирования» сформулированы требования к интегральным показателям, в частности «интегральный показатель должен отвечать главному условию — отражать итог продукционно-деструкционного баланса за измеряемый отрезок времени».
Именно продукционно-деструкционный баланс отражен общим равновесным содержанием растворенного органического вещества (РОВ) в водной среде, а внешние химические воздействия на биоту водной экосистемы приводят к неизбежному смещению этого равновесия.
Поэтому наиболее близкими к искомому показателю можно считать интегральные показатели, связанные с суммарным содержанием РОВ в воде, поскольку при возрастании антропогенной нагрузки, возрастает не только количество растворенного органического вещества, но и содержание в нем трудноокисляемых компонентов.
Существует несколько традиционных методов анализа содержания органического вещества, имеющих различное инструментальное оформление. К их числу можно отнести методы определения биологического потребления кислорода (БПК), хймйЧсСк-ши пшрсблении кислорода (ХПК), общего органического углерода (ООУ), пепманганатной окисляемости (ПО).
Однако эти методы имеют существенные недостатки. Общим недостатком является искажение результатов анализа за счет присутствия в пробе неорганических восстановителей (особенно для ХПК и ПО) и необходимость удаления или учета неорганического углерода (особенно для ООУ), то есть необходимо искать более точно отражающие свойства РОВ интегральные показатели и разрабатывать экспресс-методы их определения.
Диссертационное исследование выполнено в рамках Плана фундаментальных научных исследований РАН по направлению 39 «Химические аспекты современной экологии и рационального природопользования (Разработка новых методов, приборов и сенсоров для химического контроля качества природных вод)» и направления 5 научной
деятельности НИЦЭБ РАН «Исследование процессов миграции экотоксикантов і окружающей среде; поиск и изучение зон экологического риска».
Целью диссертационного исследования является разработка системь интегральных показателей, тест-метода и устройства для поиска гидрохимически аномалий водной среды на основе изменения значений интегральных показателей вызываемых аварийными и нелегальными сбросами опасных для водных экосисте\ веществ априори неизвестного состава.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Выбрать и обосновать систему интегральных показателей качества воды, изменение которой имманентно связано с негативным химическим воздействием m водные экосистемы.
-
Исследовать процессы изменения предложенных интегральных показателей качества природных вод в результате химического воздействия на модельные и реальные природные воды.
-
Создать экспериментальную установку для непрерывной регистрации озонохемилюминесценции растворенного органического вещества природных вод и растворов контрольного вещества, исследовать ее характеристики.
-
Исследовать процессы химического тушения озонохемилюминесценции растворенного органического вещества в потоке водной пробы и периодически инжектируемого в этот поток контрольного вещества под воздействием опасных веществ различной природы.
-
Исследовать возможность применения предлагаемого метода для обнаружения аварийных и нелегальных загрязнений вод в режиме непрерывного контроля акваторий.
Научная новизна.
1. Предложен, теоретически и экспериментально обоснован новый интегральный
показатель состояния водных экосистем - константа скорости реакции озонолиза
органического вещества водной пробы, связанная с содержанием биодоступного
легкоокисляемого растворенного вещества и позволяющая оценивать степень
антропогенной нагрузки на водные экосистемы.
-
Исследованы эффекты химического тушения загрязняющими веществами хемилюминесценции природных вод, что позволило предположить и теоретически обосновать новый интегральный показатель загрязненности природных вод -интенсивность тушения хемилюминесценции, возникающей при озонолизе инжектируемого в природную воду стандартного вещества; применимость предложенного антропогенного показателя подтверждена экспериментально.
-
Предложен тест-метод непрерывного поиска гидрохимических аномалий природных вод, основанный на применении системы из трех интегральных показателей: интенсивности хемилюминесценции при озонолизе растворенного органического вещества, значения константы скорости реакции озонолиза и интенсивности тушения
YPUfMTTtflAilMUA/MTOUTTT.JT.r OT1TYTTOr»TvrTrtrv* паттіалФГіп
4. Предложен метод непрерывного скрининга зон пространственно-временной
изменчивости качества природных вод с целью поиска аварийных и нелегальных сбросов
в акватории, разработка и испытание в лабораторных и натурных условиях установки
для непрерывного скрининга.
Практическое значение.
Результаты работы могут быть использованы:
— при разработке автоматических проточных датчиков качества водной среды в
реальном масштабе времени;
при построении АСУТП водоочистки и водоподготовки;
при поиске аварийных и нелегальных сбросов в акватории с целью раннего выявления и предупреждения чрезвычайных ситуаций;
— при создании систем поддержки экологического аудита и систем самоконтроля
предприятий.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы внедрены в практическую деятельность организации разработчика и изготовителя приборов для озонолиза ЗАО «МЭЛП» (СПб), а также в учебный процесс Балтийского института экологии, политики и права.
Публикации н апробация работ. Материалы диссертации опубликованы в 5 статьях и тезисах 3 докладов. Основные результаты исследований докладывались на Международной научно-практической конференции «Дальневосточная весна -2006» (2006, Комсомольск-на-Амуре); Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы отраслей народного хозяйства» (2006, Пенза); 64-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета (2007, Санкт-Петербург); VIII Международной научно-практической конференции «Правовые проблемы охраны окружающей среды» (2008, Санкт-Петербург); XI Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика - 2008» (2008, Санкт-Петербург); Конференции «Современные экологические проблемы и их решение: взгляд молодежи» (2008, Санкт-Петербург). По всем материалам конференций опубликованы тезисы докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, трех глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, включая 31 рисунок, 11 таблиц и списка использованной литературы (133 наименования).
