Для чего нужен и что из себя представляет мониторинг подземных вод?

Оборудование, контролирующее содержание стоков

Контроль состава и свойств сточных вод относится к основным мероприятиям по защите водоёмов и почвы от загрязнений наряду со строительством очистных сооружений. По технологии проведения, контроль может осуществляться, используя следующие методы анализа сточных вод:

• ручной отбор проб воды для проведения лабораторного анализа;
• отбор проб автоматическими стационарными пробоотборниками;
• непрерывный автоматический контроль содержания загрязняющих веществ в сточных водах.

Ручной способ относится к наиболее трудоёмким методам экологического контроля, часто требующим участия в процессе нескольких бригад сотрудников, например, когда требуется произвести отбор проб в заданное время в нескольких точках.  Автоматические устройства, установленные в местах, где необходимо осуществлять контроль, решают эту задачу, сохраняя взятую в запрограммированное время пробу воды. Однако этот метод не устраняет необходимости доставки проб с места их отбора в лабораторию.

Наибольшее удобство и объективность результатов обеспечивает метод непрерывного автоматического контроля веществ, содержащихся в промышленных стоках. Для его реализации используются специализированные информационно – измерительные системы, в которых применяются погружные датчики, постоянно находящиеся в потоке сточных вод после канализационных очистных сооружений.

Реализация непрерывного автоматического контроля параметров стоков осуществляется при помощи системы BlueBox, которая строится на основе совместимых смарт – модулей. Модульный принцип архитектуры системы позволяет создавать различные конфигурации, гибко подстраиваясь под особенности конкретного объекта мониторинга. Данные параметров и событий могут передаваться по компьютерным сетям и каналам мобильной телефонной связи для отображения специализированным программным обеспечением и формирования команд SCADA – систем.

Базовый модуль BlueBox Т4

Посредством одного базового блока может осуществляться управление более чем 300 датчиками и несколькими модульными блоками. Микропроцессорная схема блока управляется встроенной операционной системой Linux. Устройство оборудовано сенсорным цветным дисплеем 480х272 пикселей на 65536 цветов. Блок заключён в алюминиевый корпус 280 мм x 90 мм x 170 мм, имеющий степень защиты IP65.

Пример построения системы BlueBox

Интеллектуальные спектральные анализаторы (ISA) позволяют получать данные по нескольким параметрам, используя всего один датчик, выполненный в малом форм – факторе. Такой миниатюрный датчик обеспечивает получение данных о стандартных параметрах качества воды, а также о дополнительных компонентах, содержащихся в ней. Спектроскопия осуществляется во всем диапазоне спектра, от ультрафиолетового, до ближнего инфракрасного. Спектральные анализаторы позволяют получить полную информацию о составе воды.

В приборах применена уникальная технология автоматической калибровки средства измерения, обеспечивающая автоматическую адаптацию устройства к отклонениям водной матрицы, что повышает точность и надёжность измерений.

ISA – спектрометр BlueBox TS

Спектрометры GO Systemelektronik обладают возможностью оперативно менять длину оптического пути, для чего не требуется применение специального инструмента.

GO Systemelektronik предлагает своим клиентам надёжные решения, использующие новейшие достижения технологии, сочетающиеся с апробированными методами. Предложения компании рассчитаны на организации, не желающие наносить своей деятельностью  урон окружающей среде и стремящиеся минимизировать затраты на штрафные санкции. Контроль стоков на постоянной основе позволяет выявлять причины повышенных выбросов вредных веществ, исходя из этого, вносить коррективы в схемы технологических процессов. В ряде случаев это может позволить предприятию обойтись без дорогостоящих очистных сооружений.

Постановка задачи

Можно выделить три группы показателей качества воды:

• физические

• химические

• бактериологические

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.

Список литературы

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

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

3. 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.

4. 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.

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

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

7. 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.

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

Оборудование, применяемое для контроля газовых выбросов

Анализ состава газовых выбросов в атмосферу осуществляется с применением различных систем непрерывного контроля с отбором или без отбора проб. Основными элементами таких систем являются газоанализаторы различных конструкций, некоторые образцы которых приведены ниже.

Автоматический анализатор газовых выбросов SERVOPRO 4900.

Данный прибор разработан специально для контроля состава газовых выбросов в атмосферу, сопровождающих многие технологические процессы. Применяется в отраслях промышленности, использующих различные виды термообработки, сжигания, переработки отходов, энергетике. Устройство способно определять массовое содержание до семи летучих компонентов, содержащихся в газовых выбросах.

Лазерные анализаторы.

Приборы этого типа составляют основу систем непрерывного контроля без отбора проб. Количество веществ, содержащихся в выбросах, массовая доля содержания которых измеряется этими устройствами, превышает 20. Температура газовых выбросов, анализируемых данным прибором может достигать 500°С. Конструкция устройств предусматривает монтаж их измерительных элементов непосредственно в потоке выбрасываемых газов (в дымовой трубе). При наличии в трубе очистных сооружений, анализаторы устанавливаются после них по ходу дымовых газов.

Мероприятия экологического контроля в сфере обращения с отходами включают:

• текущее выполнение условий договоров со специализированными предприятиями на передачу отходов для использования, обезвреживания, размещения, а также договоров на проведение работ по мойке и дезинфекции транспортных средств, предназначенных для транспортировки отходов;
• постоянный контроль за уровнем загрязнения почв и грунтовых вод в местах размещения отходов;
• ежеквартальное выполнение производственного  плана  мероприятий по снижению влияния образующихся отходов на состояние окружающей среды;
• определение класса опасности образовавшихся отходов (определяется экологическими нормативами);
• заполнение паспортов опасных отходов с указанием кода отхода согласно ФККО;
• своевременное направление материалов, обосновывающих отнесение отхода к классу опасности для окружающей природной среды.

Мы проводим следующие работы:

• экологический аудит предприятий всех отраслей деятельности, в т.ч. строительной и проектной;
• разработка программы производственного экологического контроля за хозяйственной и иными видами деятельности предприятий;
• проведение лабораторных наблюдений за уровнями загрязнения различных компонентов природной среды в зоне промышленных предприятий:
  • атмосферного воздуха;
  • поверхностных сточных вод;
  • шума, вибрации, ионизирующих и неионизирующих излучений;
  • почвенного покрова (все виды инженерно-экологических изысканий);
• разработка перечня мероприятий по охране окружающей среды (ПМ ООС) и оценка их эффективности;
• экологическая паспортизация оборудования, очистных установок;
• оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС);
• экологическое сопровождение на всех этапах инвестиционно-строительной деятельности;
• экологическое обследование жилых и офисных помещений.

Решение задач производственного экологического контроля позволит внести весомый вклад в повышение конкурентоспособности Вашего предприятия, его имиджа и репутации, а также положительно повлиять на финансовые показатели деятельности за счет сокращения сверхнормативных платежей, исков и штрафов за загрязнение окружающей среды.

Производственный экологический контроль за охраной поверхностных вод от загрязнения:

• проведение своевременной государственной аттестации контрольно-измерительной аппаратуры по определению объемов забираемой и сбрасываемой в водный объект воды;
• слежение за расходом, составом и свойствами сточных вод на отдельных стадиях технологической очистки и их соответствие установленным регламентам;
• проведение контроля за расходом, составом и свойствами сточных вод, сбрасываемых в водные объекты и их соответствие установленным нормативам НДС;
• проведения контроля за расходом, составом и свойствами сточных вод, сбрасываемых в канализацию и их соответствие нормативам, установленным в договоре на прием сточных вод;
• проведение контроля за расходом, составом и свойствами природных вод в местах собственных водозаборов, фоновых и контрольных створах водных объектов, принимаемых сточные воды и за соблюдением норм качества воды в контрольных створах;
• проверка эффективности очистных сооружений, ведение соответствующих журналов;
• проверка выполнения графика планового ремонта водных коммуникаций и очистных сооружений;
• проверка выполнения плана и сроков поэтапного достижения нормативов НДС или временно согласованных сбросов. Сведения по экологическому контролю за водными объектами должны быть актуализированы по состоянию на первый день месяца, следующего за отчетным годом.

Структура данных

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.

Датчики, используемые в системах непрерывного контроля

Компания GO Systemelektronik GmbH осуществляет выпуск датчиков, определяющих различные физические и химические свойства примесей сточных вод. Специализированные сенсоры фирмы определяют содержание в стоках следующих веществ:

• аммоний (NH4+), признан безопасным для человека, однако при нагревании образует токсичное вещество — аммиак;
• бромид. При повышенной концентрации в воздухе вызывает головокружение, раздражение слизистой оболочки, носовое кровотечение, при попадании внутрь организма подавляет рефлекторные функции, снижает интеллектуальные способности, вызывает сонливость;
• кальций. Придаёт воде жёсткость, при повышенных концентрациях возможно токсическое воздействие на организм;
• хлориды (соли соляной кислоты). Повышенные концентрации этих веществ вызывают отклонения в работе различных систем организма человека – пищеварение, сердечно – сосудистая система, опасность развития желчекаменной болезни;
• фториды. При значительном превышении допустимых концентраций могут вызывать заболевания опорно – двигательного аппарата – флюорозы, заболевания печени и сердечно — сосудистой системы;
• нитраты. Способны вызывать аллергические раздражения, нарушать работу щитовидной железы, нервной системы. Нитраты создают благоприятную почву для развития патогенной микрофлоры в организме человека и животных;
• калий;

Ионселективный электродный датчик для определения содержания аммония (461 7410), бромида (461 7710), кальция (461 7650), хлоридов (461 7630), фторидов (461 7610), нитратов (461 7510), калия (461 7810)

• фикоцианин, содержащийся в сине – зелёных водорослях;
• хлорофилл;
• растворённые окрашенные органические вещества;
• нефть и продукты её переработки;

Флуоресцентный датчик фикоцианина (461 6756), хлорофилла (461 6753), растворённых органических веществ (461 6754), нефтепродуктов (461 6750)

• хлорин (C₂₀H₁₆N₄);
• диоксид хлора (ClO₂);
• озон;

Электрохимический датчик хлорина (461 7000), диоксида хлора (461 7200), озона (461 7300)

растворённый кислород;

Кислородно – температурный сенсор (461 4000)

водородный показатель pH;

Стеклянный электрод для определения водородного показателя pH (461 5213)

Кроме сенсоров, осуществляющих контроль сточных вод, которые реагируют на наличие в потоке химических соединений, GO Systemelektronik GmbH предлагает широкий выбор датчиков, контролирующих различные физические параметры:

• атмосферные осадки (461 0100);
• солнечное излучение (461 0120);
• давление воды (461 8054);
• направление ветра (461 0111), его скорость (461 0110);
• 10 разновидностей температурных сенсоров;
• 2 вида приборов, оценивающих мутность воды;
• проверка уровня электрической проводимости среды.

Производственный экологический контроль за использованием предприятием поверхностных водных объектов:

• своевременное направление ежеквартальных отчетов об использовании водных объектов в бассейновый орган Федерального агентства водных ресурсов а также в орган, предоставивший водный объект в пользование;
• своевременное внесение экологической платы за пользование водными объектами;
• постоянное ведение журналов первичного учета водопотребления средствами измерений;
• ежеквартальное отражение материалов первичного учета объема забора водных ресурсов и объема сброса сточных вод в специальных таблицах;
• ежедневный контроль за режимом использования водоохранных зон,  а также прибрежных защитных полос в границах которых запрещается распашка земель и размещение отвалов размываемых грунтов.