ОБ АВТОМАТИЧЕСКОМ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ В СТВОРАХ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ НАСЕЛЕНИЯ

Как видно из данных табл. 4, значительно увеличилась доля затрат времени на санитарное обследование объектов — с 21,3 до 42,2 % — и уменьшилось время письменной работы — с 32,5 до 23,7%. Санитарный врач . в условиях эксперимента стал ежедневно затрачивать на санитарное обследование на 94,3 мин больше, что несомненно влечет за собой улучшение качества санитарного обследования объектов. Затраты же на письменную работу сократились на 48,2 мин, что в пересчете на 1.мес работы врача составило бы 192,8 ч, или 2,5 рабочих дня. В год эта экономия времени составила бы 27,5 дня, которые можно использовать для основной работы врача. В эксперименте сократились затраты времени на служебные разговоры с 9,3 до 4,2% в день, в среднем на 26,2 мин, что в месяц составило бы 10,4 ч экономии времени, а в год—114,4 ч, или 14,8 дней. Более чем в 3 раза уменьшились нерациональные затраты времени — с 26,7 до 7,2%. Ежедневно в условиях эксперимента они составляли на

УДК

В связи с возрастающим воздействием хозяйственной деятельности на состояние водных ресурсов возникла необходимость разработки комплекса мероприятий по предотвращению загрязнения воды. Важное значение при этом приобретает совершенствование санитарного контроля за качеством воды в водоемах, широко используемых населением в хозяйственно-питьевых и культур-но-бытовых целях. В связи с этим весьма актуально рассмотрение некоторых вопросов его организации на современном этапе и в перспективе.

Как известно, при проведении санитарных наблюдений перечень используемых аналитических показателей определяется ГОСТом «Правила выбора и оценки качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения» и «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» (1974). Однако пробы воды анализируются в лабораториях нередко спустя продолжительный срок после их отбора. Определение осуществляется с применением преимущественно ручных операций. Все это

94 мин меньше, чем в сложившихся условиях (в течение месяца они сократились бы на 37,5 ч, или на 4,8 дня). Если бы врач работал в этом режиме в течение года, то экономия времени составила бы 412,5 ч, или 53 рабочих дня.

Приведенные нами материалы показывают, что комплексный подход к изучению организации работы санитарных врачей позволил найти пути и резервы повышения эффективности их труда. Кроме того, приведенные данные о затратах времени на различные виды деятельности санитарного врача по гигиене труда сельской санэпидстанции могут служить основанием как для расчета необходимой штатной численности этих специалистов, так и для планирования и расчета объема их работы.

Литература. Могилянцева В. И. — В кн.: Вопросы нау* ной организации труда в санитарно-эпидемиологически: станциях и медико-санитарных частях. М., 1971, с. 62—70.

Поступила 13.05.81

лишает контроль за загрязнением необходимой оперативности, а в ряде случаев и точности результатов (В. Б. Страдомский, 1979).

Следует отметить, что накопление погрешностей происходит при отборе проб, их предварительной обработке, хранении, анализе, обработке полученной информации, ее хранении, передаче и т. д. (А. И. Гавришин и соавт.). На объективность получаемых результатов определенное негативное влияние оказывает недостаточность числа анализов, выполняемых по отдельным показателям. Так, в соответствии со сложившейся практикой санитарно-химические исследования воды выполняются, как правило, несколько раз в сезон. При этом определение таких важных с санитарных позиций загрязнений водных объектов, как нефтепродукты, фенолы и др., не включается в программу исследований.

Одним из важнейших мероприятий, которое могло бы радикально улучшить существенное положение, является применение автоматизации контроля качества воды. На первом этапе реаль-

Обзоры

614.777:628.19

Ю. В. Новиков, Г. В. Гуськов, М. М. Сайфутдинов, В. Г. Клубков,

Г. Н. Метельская

ОБ АВТОМАТИЧЕСКОМ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ В СТВОРАХ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ НАСЕЛЕНИЯ

Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрнсмана

Таблица 1 Таблица 2

Характерные показатели качества воды, рекомендуемые Методы, используемые для автоматизации анализа поверх-для автоматизированных определений

1 Показатель

Минеральные вещества Органические вещества Эвтрофикация

Токсичность

Специфические загрязнения

Общие показатели

Измеряемый ингредиент

Методы

Измеряемый показатель

Са!+, М8*+, N3+, С1", БО*-, НСО^

Общий органический углерод, БПК,

растворенный кислород, ССЕ Первичная продукция и деструкция хлорофилл, растворенный кислород, МН+ ЫС£\ N07, ^бщ, РО?-. Робщ Специфические биологические тесты

Тяжелые металлы (Нд, РЬ, Сс1 и др.), пестициды, нефтепродукты, фенолы, СПАВ, СМ-1°, рН,' электропроводность, окис-лительно-восстановительный потенциал, взвешенные вещества

но организовать автоматическое определение сравнительно небольшого числа ингредиентов и свойств воды (табл. 1).

Безусловно, указанный выше набор показателей нуждается в уточнении, доработке, однако следует учесть, что его всегда можно дополнить необходимыми исследованиями, проводимыми обычными методами.

Основными требованиями, предъявляемыми к методам, которые можно использовать для автоматизации, являются: возможность получения первичного сигнала пропорционально концентрации определяемого ингредиента, высокая производительность и чувствительность, достаточно высокая точность и специфичность, экономическая целесообразность и др. Основные методы, пригодные для автоматизации, приведены в табл. 2.

Довольно просты, производительны и удобны для автоматизации потенциометрические методы. Перспективна автоматизация колориметрических методов (Бту^е и соавт.). За рубежом широко распространены приборы для автоматического анализа на основе фотоколориметрических методов. Они дают возможность определять около 30 показателей (главные ионы, минеральные формы азота, РО~, силикаты, общий азот и фосфор, тяжелые металлы, фенол, фториды, цианиды, показатель ХПК и др.), правда, чувствительность этих методов невысока.

Весьма важно автоматизировать определение в водоемах органических веществ — фенолов, •СПАВ, пестицидов, нефтепродуктов и др. Колориметрический метод позволяет автоматизировать определецие фенолов в концентрациях, близких к 1 мкг/л, а "полярографический — в концентрациях порядка 15—20 мкг/л.

Из множества известных методов определения

Электрохимические

Потенциометрия (ионо-

метрия) Кулонометрия

Полярография

рН, ЕЬ, С1-, И-, N3+, N0^.

Б2- и др. Удельная электропроводность воды, общая минерализация воды, отдельные ионы

Спектрометрические

Фотоколориметрия

УФ-спектрофотометрия И К-спектрофотометрия

Атомная абсорбция

Люминесценция

Рентген-спектрометрия

Главные ионы (Саг+, М^2-»-, СЬ-, БО^-); биогенные вещества (МН+, N0^, МО^\ Р04, БО; тяжелые ме£аллы (Си*+, Сг*+, Ре»+, гп2+ и др.), фенол; ХПК Общий органический углерод-

Со, Ре, С<1, В1, Не); щелочные и щелочноземельные металлы

Органические вещества

Металлы, Аз, Бе, Те, В

Хроматографический

Газожидкостная тогрэфия

хрома-

Органические вещества

Комбинированные

Хроматомасс-спектромет-рия

Газовая (колоночная, тонкослойная) хроматография + УФ (ИК, люминесцентная спектрометрия) Фотохимическое (химическое) сожжение + + ИК-спектрометрия (кулонометрия) Фотохимическое (химическое) Сожжение + фотоколориметрия

Органические вещества Нефтепродукты

Общий органический углерод

Общий органический фосфор Общий органический азот

нефтепродуктов трудно выделить хотя бы один, который одновременно учитывал бы особенности их состава, обладал малой погрешностью, был достаточно простым и пригодным к автоматизации. Поддается автоматизации, например, газовая хроматография.

Имеются два основных пути, по которым идут создатели автоматических приборов: измерение показателей с помощью датчиков, посылающих электросигнал пропорционально концентрации определяемого ингредиента или величине групповых показателей, прямой метод; автоматизация традиционного химического анализа — косвенный метод. Безусловно, более практичен и перспективен прямой метод, так как при его использовании имеется возможность получения информации не после обработки (пусть и автоматизированной) проб, доставленных в лабораторию, а непосредственно на изучаемом участке. Для этого создаются портативные переносные приборы. Информация, полученная с их помощью, может быть представлена в виде диаграмм самописцев, таблиц, выполненных цифропечатающими устройствами и в виде перфолент, пригодных для прямой обработки на ЭВМ.

В настоящее время автоматические анализаторы различных типов позволяют определять около 30 показателей. Многие НИИ и специальные КБ создают такие приборы в нашей стране. Приведем данные по некоторым анализаторам.

Так, научно-производственное объединение «Аналитприбор» при участии Всесоюзного НИИ охраны вод выпустил целый ряд таких приборов для измерений на глубинах до 10 м и при температуре от 0 до 40 °С. Эти приборы прошли государственные испытания и переданы в серийное производство. Целесообразно остановиться на некоторых из них.

Прибор типа РЬ-110 предназначен для измерения рН, ЕЙ (окислительно-восстановительный потенциал), температуры и глубины погружения датчика. При измерении рН имеются два диапазона: 2—12 и 6—9 с погрешностью ±0,05. При измерении ЕЙ диапазон 0—750 с погрешностью ±10 мВ. Осуществляется также полуавтоматическая коррекция показаний при измерении температуры воды. Этот прибор, помимо регистрации указанных выше показателей, может быть использован для обнаружения придонных очагов загрязнения путем определения ЕЙ. Загрязнение органическими веществами, приводящее к дефициту кислорода, связано с изменением в отрицательную сторону величины редокс-потенциала воды в водоеме. Изменение этой величины свидетельствует о наличии очага загрязнения в придонных слоях воды.

Прибор типа КМ-101 предназначен для измерения концентрации растворенного кислорода, температуры и глубины погружения датчика. Прибор работает в двух диапазонах: 0—15 и 0— 30 мг/л, погрешность измерения ±5%. Прибор

типа МВ-110 предназначен для определения мут-«ости и глубины погружения датчика. Этот прибор имеет два диапазона измерения: 0—150 и 0— 1500 мг/л, погрешность ±5 % • Прибор типа КВ-101 предназначен для определения электропроводности, температуры и глубины погружения датчика. Имеется четыре диапазона измерения: 0—10-1; 0—Ю-2; 0—Ю-3 и 10-4 См/см, погрешность измерения ±5 %. Прибор можно использовать для определения створа полного смешения или степени разбавления промышленных стоков, так как в них концентрация солей выше, чем в водоеме.

Фотоколориметр типа ФК-106 предназначен для определения величины коэффициента свето-пропускания и содержания ионов нитритов, нитратов, аммония, хлоридов, сульфатов, фосфатов, фторидов, меди, ртути, цинка, хрома (VI), железа (II и III).

Прибор типа ИП-115 предназначен для измерения свободной двуокиси углерода, температуры и глубины погружения датчика. Имеются два диапазона измерения: 0,7—6,7 кПа (5—50 мм рт. ст.) и 2,7—26,7 кПа (20—200 мм рт. ст).

Прибор типа КМВ-110 предназначен для измерения первичной продукции и деструкции в водоемах. Измерив содержимое кислорода на нескольких горизонтах, данные переносят на номограмму, по которой определяют первичную продукцию и деструкцию в толще воды по 1 м2 водной поверхности. Диапазоны измерения такие же, как в приборе КМ-101.

Следует отметить, что перечисленные выше приборы уже используются в бассейновых инспекциях Министерства мелиорации и водного хозяйства, в «Каспводнадзоре», на предприятиях Минсудпрома, Минхимпрома и др. Эти приборы внедрялись в эксплуатацию на Днепре, Волге, Днестре, Иртыше, озере Севан и Тбилисском море. При сравнении данных, полученных стандартными методами, расхождения, как правило, не превышали ±5 %. Затрата времени на одно определение для прибора ФК-Ю6 составила 1,1 ч, а для остальных — 0,03 ч (1,8 мин), в то время как для одного определения стандартным методом требуется от 1,5 до 13,3 ч. Притом в первом случае не нужны такие этапы, как отбор, доставка и хранение проб, что повышает точность определения и позволяет оперативнее получать информацию. Сходные по характеристикам и по определяемым показателям переносные приборы выпускает Горийский ОЗАП.

Зонд оксиметрический типа КМ-105 предназначен для измерения концентрации кислорода, растворенного в воде с одновременным измерением температуры воды и глубины погружения. Диапазон измерений: концентрации кислорода — 0—10; 0—20 мг/л, погрешность ±5 %; температуры — 0—15; 0—30°С, погрешность ±0,65 °С. Время определения 5 мин.

Зонд ионометрический типа И-103 предназначен для измерения активности ионов Н+, Na+N

»

ЫН4+, С1~, Б2-, окислительных потенциалов (Е), процента насыщения растворенного кислорода, температуры воды. Диапазон измерений: рН 4— 12.

Фотоколориметр лабораторный переносной типа ФК-Ю6 предназначен для определения свето-пропускания растворов в полевых и лабораторных условиях. Может быть применен для опреде-

ления сероводорода, меди, ионов аммония, нит-ритных, нитратных, хлоридных и сульфатных ионов в поверхностных водах. Основная погрешность 2 %.

Предпринимаются попытки создания приборов для автоматического определения нефтепродуктов в воде. Так, прибор ЛИКА-71 позволяет определять суммарное количество нефтепродуктов на основе экстракционно-фотометрического метода. Экстракция нефтепродуктов проводится четырех-хлористым углеродом. Диапазон измерения — от 5 до 1000 мг/л. Прибор используется для определения нефтепродуктов в сточных водах.

Прибор ПН-1 служит для определения нефтепродуктов в питьевой воде, воде открытых водоемов и сточной на основе визуального люминесцентного анализа экстрактов воды и сравнения

> интенсивности свечения с таковой стандартных растворов. Хотя этот метод не полностью автоматизирован, однако время, затрачиваемое на определение, невелико — 1—3 мин (Ю. В. Новиков и М. М. Сайфутдинов).

Специальный газовый хроматограф позволяет анализировать без всякого концентрирования проб целый ряд веществ, причем для массовой механизированной обработки хроматограмм разработано устройство, позволяющее полностью автоматизировать процесс анализа и представления результатов в цифровой форме (В. Б. Страдом-ский).

Из зарубежных переносных приборов автоматического контроля качества воды следует отметить изделия японской фирмы «Хориби» (Г. Г. Мирзабеков). Так, прибор марки И-7 позволяет определять 5 показателей: рН, температуру, количество растворенного кислорода, электропроводность и мутность. Масса прибора всего 600 г. Прибор «Уага-22» определяет 6 показателей: рН, температуру, количество растворенного кислорода, электропроводность, мутность, а также ЕЙ. Приборы «СОДА-23» позволяют определять ХПК.

Автоматические анализаторы американской фирмы «Техникон» (проспект фирмы) позволяют определять в условиях лаборатории минеральные формы азота, фосфаты, ХПК, тяжелые металлы (медь, железо, хром VI, цинк), фенолы, фториды, цианиды, главные ионы (хлориды, * сульфаты, кальций, магний), общую жесткость и др., причем прибор, настроенный на анализ какого-либо из перечисленных выше показателей, дает возможность сделать несколько сот определений за рабочий день.

Использование автоматических станций — более высокий уровень автоматизации контроля за качеством воды. Их начали применять еще в начале 60-х годов и в настоящее время уже сотни таких станций эксплуатируются главным образом в США. Работают такие станции в Японии, ФРГ, Англии, странах СЭВ — ЧССР, ПНР, ВНР, ГДР. Эти станции определяют, как правило, ограниченное число параметров. Так, набор датчиков для автоматических станций Управления качества воды Агентства охраны окружающей среды США, ведущий контроль за загрязнением воды, измеряет 6 показателей: pH, электропроводность, хлориды, растворенный кислород, температуру и мутность (Ballinger).

Странами СЭВ приняты в качестве показателей, обязательно подлежащих измерению автоматическими станциями, температура, электропроводность (как показатель, суммирующий содержание минеральных веществ), pH, мутность (взвешенные вещества) и растворенный кислород (В. Б. Страдомский).

Локальная система автоматических станций была создана на р. Москве и в 1976 г. началась ее опытная эксплуатация. Эти станции измеряют 7 показателей: температуру, растворенный кислород, pH, Eh, электропроводность, взвешенные вещества и уровень воды. Система состоит из двух подсистем — сбора информации и обработки информации (В. Б. Страдомский, А. П. Сибилев). После завершения строительства в ее состав будет входить 30 автоматических станций и обширная сеть пунктов (30—40), контролируемых подвижными средствами от Можайского водохранилища до Оки (В. Б. Страдомский и соавт). В настоящее время уже разработаны новые блоки для автоматических станций, что позволит расширить число контролируемых автоматически показателей до 19 при одновременном измерении 12 из них.

В США, в бассейне р. Огайо, уже более 20 лет действует система, состоящая из 20 измерительных автоматических станций и одной центральной диспетчерской (Klein и соавт.). Подобная система контроля функционирует и в районе Чикаго (Kurland и Eure), в штате Нью-Йорк (Fast-man). Такая же система создана в ПНР в бассейне Вислы и Одера (Florezyk).

Зарубежный, а также собственный опыт проводившейся в последние годы работы по созданию автоматических станций получил наибольшую реализацию в станции АСКЗВ (автоматизированная станция контроля загрязнения вод), серийно выпускаемой в нашей стране. С 1976 г. находящаяся в эксплуатации опытная автоматизированная система типа АНКОС-ВГ (автоматическое наблюдение контроля окружающей среды-вода, головная), которая должна обеспечивать оперативный контроль за быстро меняющимися во времени и пространстве физическими свойствами и химическим составом поверхностных вод, получает и

обрабатывает информацию для оперативной оценки качества воды (Л. Л. Кунин и О. С. Арутюнов).

Разветвленная система АНКОС-ВГ разделяется на ряд уровней (Н. П. Коноплева). Первый уровень системы — головные автоматические станции контроля загрязнения 'вод (АСКЗВ-Г). Основная задача первого уровня — оперативный автоматический сбор и передача данных о состоянии поверхностных вод на диспетчерский пункт. На втором уровне системы находится лаборатория зонального центра. Ее основными задачами являются неавтоматический сбор информации о состоянии поверхностных вод, которую нельзя .получить с помощью АСКЗВ-Г, и детальное выяснение причин, приведших к изменению качества вод на некотором участке. Для решения этих вопросов в состав системы включаются подвижные рабочие группы (ПРГ), которые получают необходимую информацию. ПРГ должна быть оснащена передвижной гидрохимической лабораторией. Третий уровень — зональный центр контроля качества поверхностных вод. Он осуществляет обработку информации, поступающей от АСКЗВ-Г, лаборатории зонального центра и ПРГ. В состав зонального центра входят диспетчерский пункт и вычислительный центр. Задачами этого уровня являются также разработка и выдача рекомендаций по устранению аварийных ситуаций, обработка информации от всех звеньев системы, ее хранение и выдача заинтересованным потребителям. Периодичность сбора информации — 1, 1,5, 2, 3, 4 ч.

В аналитическую станцию головных систем контроля АСКЗВ-Г входят: автоматическая колориметрическая система второго поколения, потен-циометрические пробы, снабженные ионоселек-тивными электродами, которые находят широкое применение для автоматического контроля ионного и газового состава воды.

Для оснащения ПРГ разработаны следующие приборы: КБ-101 (электропроводность, температура, глубина), КМВ-110 (кислородомер), МВ-110 (мутность и глубина), КМ-101 (растворенный кислород, температура, глубина), РН-110 (pH, Eh, температура и глубина); ФК-106 (нитриты, нитраты, аммоний, хлориды, сульфаты, фосфаты, медь, ртуть, цинк, хром-VI, железо II и III) и др.

Таким образом, в настоящее время в нашей стране и за рубежом создаются и внедряются в практику различные средства автоматического контроля за качеством воды. Широкое применение автоматических станций и переносных автоматических станций и автоматизированных приборов наряду с использованием традиционных лабораторных методов делает возможным обеспечение более оперативного и надежного контроля за изменяющимися показателями качества воды. Серийное производство указанных выше технических средств в перспективе позволит создавать в широких масштабах автоматизированные системы управления качеством водных ресурсов в условиях их интенсивного народнохозяйственного использования.

Литература. Гавришин А. И., Семенов А. Д. ы др.—

Гидрохим. материалы, 1980, т. 77, с. 110—113. Коноплева Н. П. Новые отечественные измерительные приборы, установки и системы для контроля загрязнения водной среды. М., 1979. Кунин J1. Л., Арутюнов О. С. — Ж. Всесоюзн. хим. о-ва

им. Д. И. Менделеева, 1980, т. 25, № 6, с. 675—680. Мирзабеков Г. Г. Механизация и автоматизация пр-ва, 1976, № 3, с. 53—56.

Новиков Ю. В., Сайфутдинов М. М. — Гиг. и сан., 1977,

№ 10, с. 60—65. Приборы охраны окружающей среды. Номенклатурный справочник. М„ 1978. Скляров В. М. — Метеорол. и гидрол., 1976, № 5, с. 97—99. Страдомский В. Б. — Гидрохим. материалы, 1976, т. 63, с. 3—21.

Страдомский В. Б, — Там же, 1979, т. 73, с. 24—32. Страдомский В. Б. — Там же, 1980, т. 71, с. 119—127. Страдомский В. Б., Белоусов А. И.. Канаузов Ю. Я. и др.— В кн.: Вопросы методологии гидрохимических исследований в условиях антропогенного влияния. Л., 1979, ч. 1, с. 4—5.

Fastman Р. W. — In: Speciality Conference on Automatic Water Quality Monitoring in Europe. Tech. Rep., 1971, N 28, p. 223—246.

Florezuk H. — In: Seminar on Autpmatic Water Quality Monitoring. Krakow, 1971, p. 40. Klein W. Z., Dunsmore D. A., Horton R. K. — In: Speciality Conference on Automatic Water Quality Monitoring in Europe. Tech. Rep., 1971, p. 416—418. Kurland Т. Т., Eure W. A. — Nat. Telemeter. Conf. Proc., Los Angeles, 1970.

Smythe W. /., Shamos M. H„ Morgensterns S. et al. — Tech. Symp., 1967, Automat. Anal. Chem. White Plains, 1968, v. 1, p. 105—113. Technical Corporation Environmental Sciens Division. New York, 1969.

Поступила 04.01.82