Лекція 9. Методика відбору проб води (2 год)

1. Принципи організації спостереження і контролю якості поверхневих вод

Контроль якості поверхневих вод передбачає організацію стаціонарної мережі пунктів спостережень за природним складом і забрудненням поверхневих вод; спеціалізованої мережі пунктів спостережень за забрудненими водними об'єктами; тимчасової експедиційної мережі пунктів спостережень.

Мережі спостережень створюють з дотриманням певних вимог:

– надання переваги вивченню і контролю антропогенної дії на поверхневі води;

– систематичність і комплексність спостережень за фізичними, хімічними та біологічними показниками та проведення відповідних гідрологічних вимірів;

– узгодження строків спостережень з характерними гідрологічними ситуаціями;

– визначення показників якості води єдиними методами;

– оперативність одержання інформації про якість води.

Основним принципом організації спостережень є їх комплексність, яка передбачає узгоджену програму робіт з гідрохімії, гідрології, гідробіології та забезпечує моніторинг якості води за фізичними, хімічними, гідробіологічними показниками. Найважливішим етапом організації робіт є вибір місця розташування пункту спостереження. Контроль забруднення вод проводиться на постійних та тимчасових пунктах спостереження, які розміщують у місцях, де наявний або відсутній вплив господарської діяльності. Пункт спостереження за якістю поверхневих вод – місце на водоймищі або водотоці, де проводять комплекс робіт для одержання даних про якісні й кількісні характеристики води.

Основними об'єктами, які потребують дослідження, є:

– місця скиду стічних і дощових вод міст, селищ, сільськогосподарських комплексів; місця скиду стічних вод окремих підприємств, ТЕС, АЕС;

– місця скиду колекторно-дренажних вод, які відводяться зі зрошуваних або осушуваних земель;

– кінцеві створи великих і середніх річок, які впадають в моря, внутрішні водоймища;

– кордони економічних районів, республік, країн, що перетинають транзитні річки;

– кінцеві гідрологічні створи річкових басейнів, за якими складають водогосподарські баланси;

– гирлові зони забруднених приток головної річки.

Для вивчення природних процесів і визначення фонового стану водойм і водотоків пункти спостережень створюють також на ділянках, які не зазнають прямого антропогенного впливу, у тому числі на водоймах і водотоках, розташованих на території державних заповідників і природних національних парків, що є унікальними природними утвореннями

Категорії пунктів спостереження. Пункти стаціонарної мережі спостереження поділяють на чотири категорії.

Пункти спостережень першої категорії розміщують на водотоках і водоймищах, що мають особливо важливе народногосподарське значення, коли існує ймовірність перевищення концентрації певних показників.

Пункти спостереження другої категорії розташовують на водних об'єктах, які знаходяться в районах промислових міст, селищ з централізованим водопостачанням, у місцях відпочинку населення, в місцях скиду колекторно-дренажних вод з сільськогосподарських полів, на граничних і кінцевих створах рік.

Пункти спостереження третьої категорії розміщують на водних об'єктах, що характеризуються помірним або слабким навантаженням (в районах невеликих населених пунктів та промислових підприємств).

Пункти спостереження четвертої категорії формують на незабруднених водних об'єктах (фонових ділянках).

Пункти спостереження розташовують з урахуванням стану та перспектив використання водних об'єктів на підставі попередніх досліджень, які передбачають:

– збір та аналіз відомостей про водокористувачів, джерела забруднення вод, аварійні скиди забруднюючих речовин, що відбувалися раніше, даних про режимні, фізико-географічні морфометричні ознаки водойми або водотоку;

– обстеження водойми або водотоку та прибережних водоохоронних смуг з метою визначення їх стану, виявлення додаткових джерел забруднення, визначення зон забрудненості та переліку специфічних забруднюючих речовин, виокремлення характерних біотопів.

На пунктах спостереження досліджують один або кілька створів. Ствір пункту спостереження – умовний поперечний переріз водоймища або водотоку, де проводиться комплекс робіт для одержання інформації про якість води. Створи спостережень розміщують з урахуванням гідрометричних умов і морфологічних особливостей водоймища або водотоку, наявності джерел забруднення, об'єму та складу стічних вод, зокрема зворотних. Вода зворотна – вода, яка повертається за допомогою технічних споруд і господарських засобів до природних ланок кругообігу води (річкової, озерної, морської, літогенної) у вигляді стічної, скидної або дренажної. На водотоках у разі відсутності організованого скиду зворотних вод, у гирлах забруднених приток, на незабруднених ділянках водотоків, на передгреблевих ділянках річок, на кінцевих ділянках річок і в місцях перетину державного кордону України встановлюють один створ. На водотоках при наявності організованого скиду зворотних вод встановлюють два і більше створів.

Перший (фоновий) створ рекомендовано розміщувати на відстані 1 км вище від джерела забруднення. Другий створ призначений для контролю за зміною якості води водотоку поблизу випуску стічних вод, тобто в зоні забруднення. Відповідно до санітарних нормативів бажано розташувати його на відстані 1 км вище від найближчого місця водозабору. На річках, що використовуються для рибогосподарських потреб, цей створ встановлюють на відстані 0,5 км нижче по течії від місця скиду стічних вод, а на водоймищах – 0,5 км в бік найбільш вираженої течії. У містах та селищах, де є численні скиди, контрольний створ розміщують на відстані 0,5-1 км нижче від останнього колектора.

Третій створ розміщують у такий спосіб, щоб дані спостережень характеризували якість води, водного потоку загалом, тобто у місці достатнього змішування стічних вод з водами річки. При спостереженнях за водоймою загалом встановлюють не менше трьох створів, по можливості, рівномірно розподілених її акваторією з урахуванням конфігурації берегової лінії.

У разі спостережень за окремими ділянками водойми створи розташовують у такий спосіб:

– на водоймах з інтенсивним водообміном: один створ вище джерела забруднення і решта створів (не менше двох) нижче джерела забруднення на відстані 0,5 км від місця скиду зворотних вод та безпосередньо за межею зони забруднення;

– на водоймах з помірним та уповільненим водообміном

– один створ поза зоною впливу джерела, другий створ суміщають зі створом скиду зворотних вод, решту створів (не менше двох) розташовують по обидва боки від останнього на відстані 0,5 км від місця скиду та безпосередньо за межею зони забрудненості.

2. Види спостережень за хімічним складом води водоймищ

Режим моніторингу гідрологічних та гідрохімічних показників за обов'язковою програмою спостережень зумовлюється водним режимом ріки. На більшості водотоків відбір проб проводять 7 разів на рік: під час повені – на підйомі, максимумі, спаді; під час літньої межені – при найменшій витраті та при проходженні дощового паводка, восени перед льодоставом та під час зимової межені. Повінь – фаза водного режиму річок, яка характеризується найбільшою водністю, значним, відносно тривалим підвищенням рівня води і спостерігається щороку в один і той же сезон. Протилежне природі явище – межень – спостерігається влітку в мало дощову суху погоду і взимку. Межень – фаза водного режиму річок, яка характеризується малою водністю, тривалим збереженням низького рівня води і виникає внаслідок зменшення живлення водотоку.

Кількість проб, що відбирається для аналізу за обов'язковою програмою, може змінюватися залежно від особливостей водного режиму окремих водотоків: - на водотоках з довгим паводком (більше місяця) проби води відбирають на підйомі, максимумі, на початку та наприкінці спаду паводка (8 разів на рік): - на водотоках зі стійкою літньою меженню та слабо вираженим осіннім підйомом води спостереження здійснюють 5-6 разів на рік; - на тимчасових водотоках кількість спостережень не перевищує 3-4 на рік; - на водотоках у гірських районах, залежно від типу водотоку, кількість спостережень коливається від 4 до 11.

 Гідрохімічну інформацію про озера та водосховища збирають посезонно, тобто 4 рази на рік. Спостереження за хімічним складом води водоймищ поділяють на стандартні (обов'язкові) та спеціальні. До стандартних спостережень належать регулярні спостереження за хімічним складом води в постійних пунктах, які характеризують стан водоймища за природних умов; регулярні спостереження за рівнем забруднення води в контрольних пунктах, які розміщені в районах найбільших випусків стічних вод. До спеціальних спостережень відносять гідрохімічні зйомки водоймища для оцінки поширення забруднювачів, вивчення процесів самоочищення, визначення запасів речовин в об'єкті, балансових розрахунків.

3. Види проб

Правильність оцінки якості води забезпечує виконання таких умов:

- правильний відбір проб води належної кількості;

- репрезентативність проб, тобто відповідність до поставленого завдання як за якістю та об'ємом, так і за вибраними точками та часом відбору, а також технікою відбору, попередньої обробки, умов зберігання та транспортування.

Проба повинна характеризувати якість води водоймища або водотоку за певний проміжок часу. Ступінь відповідності одиничної проби великій водній масі залежить від низки чинників:

- однорідності відібраної водної маси;

- кількості точок пробовідбору;

- розмірів окремих проб;

- способів відбору проб.

Проби поділяють на прості та змішані. Прості проби характеризують якість води у певному пункті відбору, відбираються у визначений час у необхідному об'ємі. Змішані проби об'єднують кілька простих проб з метою характеристики якості води за певний період часу або певної ділянки досліджуваного об'єкта. Залежно від мети дослідження вдаються до разового або регулярного відбору проб. Разовий відбір проб застосовують, коли вимірювані параметри несуттєво змінюються в просторі (глибина, акваторія) водоймища і в часі; закономірності зміни параметрів, що визначаються, попередньо відомі; необхідні лише найзагальніші уявлення про якість води у водоймищі. Регулярний відбір проб означає, що кожну пробу відбирають у часовій і просторовій взаємозалежності з іншими.

Відбір проб води повинен відповідати вимогам відомчих нормативних документів та державних стандартів (ДСТУ ISO 5667-6:2009, ДСТУ ІSО 5667-03, ДСТУ 3920, ДСТУ 3913, ГОСТ 24481 та ін.). Способи й умови пробовідбору води, в залежності від особливостей водного об'єкта, також можуть змінюватися. Так, у водотоках (ріки, струмки й ін.) як прості, так і змішані проби можуть відбиратися одноразово або серійно. До місця відбору серійної за часом проби необхідний легкий доступ протягом усього року, тому що обране місце не рекомендується змінювати. Кожен відбір проби води з потоку повинен бути доповнений виміром витрати по відповідному профілю в момент відбору проби.

Поверхневі проби води можна брати прямо в бутиль, що при необхідності прикріплюють до тичини, яку додатково навантажують і обв'язують мотузкою, спускають у водойму. Це класичний метод ручного пробовідбору. Але, в залежності від досліджуваної речовини, і такий простий метод може мати свої різновиди. Наприклад, для визначення розчиненого кисню чи гідрогенсульфуру у воді дуже важливо, щоб проба при відборі була захищена від контакту з атмосферним повітрям. Для цього воду з пробовідбірника переливають у бутель не зверху, через горловину, а через сифонну трубку – знизу (гумовий шланг і лійка з подовженим кінцем), опущену до дна бутля. Після наповнення останнього, воду продовжують наливати так, щоб вона перетікала через край. Бутель закривають пробкою, не залишаючи в ньому пухирців повітря.

Стаціонарні спостереження на водотоці з незначною глибиною передбачають відбір проб води для хімічного аналізу на стрижні потоку з глибини 0,2-0,5 м. Якщо русло глибоке, а течія слабка, доцільніше брати проби на різних глибинах. Проби переважно відбирають емальованим відром об'ємом 10 л. З відра водою наповнюють посудини для визначення рН, вмісту у воді кисню, СО₂, фіксують відсоток насичення води киснем, а також наповнюють водою пляшки для визначення біохімічного споживання кисню за 5 діб (БСК5) і для подальшого аналізу в лабораторії. Проби для визначення концентрацій нафтопродуктів, фенолів, синтетичних поверхневоактивних речовин (СПАР), важких металів, пестицидів відбирають в окремі пляшки.

З водойми (водоймища, озера чи ставка) також можливий відбір як простих, так і складних проб. Однак не рекомендується брати середню пробу з водойми, так як, унаслідок можливості наявності значної неоднорідності якості води з різних місць, їхні компоненти можуть вступати у взаємодію, що може зовсім спотворити справжню картину. Тому проби рекомендується відбирати з різних місць і з різних глибин. Зональний пробовідбір повинний здійснюватися в максимально короткий проміжок часу. З вододжерел (джерел, колодязів, свердловин і дренажів), обладнаних штучним водоприймачем, пробу води беруть під поверхнею води, а якщо джерело обладнане зливальною трубою або жолобом – безпосередньо з них. Іноді джерело треба попередньо очистити. Роблять це приблизно за день до відбору проби. Дно ключа поглиблюють так, щоб у поглиблення можна було вільно помістити бутель для проби чи інший посуд.

Після дощу відбір проб зі свердловин доцільно проводити одночасно з відкачкою, щоб можна було встановити постійну якість води і виявити, чи не забруднюється вона поверхневими водами. Проби води зі свердловин відбирають глибинним пробовідбірником з вузьким перерізом (чи насосом). Варто пам'ятати, що проби зі свердловин, у яких довго стояла вода або верхній отвір яких був недостатньо герметично закритий, ненадійні для аналізу.

При відборі проб з колодязя спочатку відкачають з нього воду (якщо колодязь мало або довго не експлуатувався, відкачку ведуть до сталості температури води звичайно протягом не менш 20 хв. або відкачають воду повністю). При цьому стежать за тим, щоб викачувана вода стікала досить далеко і не могла проникнути назад у колодязь. І тільки після цього приступають до наповнення пробовідборного бутля. Відбір проб води з колодязів краще проводити в літню пору при сухій погоді, коли витрати води і її обмін максимальні. При цьому необхідно враховувати всі незвичайні обставини, наприклад, термін експлуатації колодязя, ремонт, дезінфекцію і т.п.

Консервування необхідне при відборі проб для визначення нестійких компонентів, їх аналізують не пізніше, ніж через 3 дні після відбору. Проби зберігають при температурі 3-5 °С в холодильнику. Взимку при температурі нижче 0 °С відібрану пробу переносять у тепле приміщення, де проводять аналіз. Попередня обробка, транспортування та зберігання проб повинні проводитися у такий спосіб, щоб склад води не змінювався.

4. Прилади і засоби відбору проб води та інших рідких середовищ

Проби води відбираються у прилади та пристрої, які поділяються на:

– прилади для відбору проб води;

– пристрої для первинної обробки проб води;

– пристрої для зберігання проб води.

За призначенням прилади для відбору проб води поділяються на

– прилади для відбору поверхневих вод;

– прилади для відбору підземних вод.

За режимом роботи прилади і пристрої пробовідбору підрозділяють (як і засоби аналізу) на автоматичні, напівавтоматичні і ручні. В українській практиці в даний час усе ще використовують, в основному, останні.

Відбір проб води з відкритих водойм і криниць Для відбору проб води з відкритих водойм і криниць використовують спеціальні пристрої – батометри різних типів або ємності (склянки). Батометр — прилад для відбору проб води з певної глибини з метою визначення її фізичних властивостей та вмісту розчинених і завислих речовин, а також гідробіонтів. Батометр повинен відповідати таким вимогам: вода, що проходить крізь нього, не повинна в ньому затримуватися; він повинен щільно закриватися; матеріал пробовідбірника повинен бути хімічно інертний. На практиці широко використовують горизонтальні, перекидні та автоматичні батометри.

За допомогою батометра Молчанова проводять відбір проб води для визначення вмісту пестицидів. Відбір проб на значних глибинах (20-30 м) проводиться за допомогою батометра Рутнера.

При відсутності батометра для відбору проби можна використовувати бутель, який монтують у важку металеву оправу. Бутель закривають каучуковою пробкою зі шнуром. Імпровізований батометр опускають на потрібну глибину на жердині або линві і за допомогою шнура витягають пробку та набирають, таким чином, воду для аналізу.

Кожна проба, яка направляється в лабораторію, повинна мати супроводжувальний талон, де вказується: 1) назва організації; 2) назва джерела води і його місцезнаходження, створ; 3) дата і час відбору проби; 4) вид проби (точкова, об’єднана); 5) вид пробовідбірника; 6) загальний об’єм проби; 7) глибина водойми в точці відбору і витрата води; 8) фізичні властивості води; 9) метод консервації проби; 10) посада, місце служби і підпис особи, яка проводила відбір. Для зберігання проб використовують поліетиленовий або скляний посуд. Перед використанням його миють концентрованою кислотою і споліскують водопровідною водою. Основні вимоги до посуду – міцність, стійкість до розчинення, щільність закривання.

Відбір проб стічних вод Засоби відбору та зберігання проб стічних вод повинні забезпечити постійність складу та властивостей стічних вод в інтервалі часу між відбором проб та їх аналізом. Стаціонарне обладнання пробовідбірних комунікацій у місцях відбору має бути проточним постійної дії без запірної арматури, або має бути передбачена можливість його очищення від накопичених домішок. При високій частоті відбору проб застосовують автоматичні пробовідбірники для отримання об’єднаної (усередненої) проби.

Відбір проб стоячих вод або з відкритих випусків над поверхнею скидання проводять за допомогою пристосувань для дистанційного відбору, у тому числі і ручного типу. Посуд для відбору, транспортування і зберігання проб повинен бути виготовлений з хімічно стійких матеріалів, а також мати маркування, яке не змивається. Зазвичай застосовують пластиковий посуд. Але існує ряд винятків, коли використовують тільки скляний посуд, наприклад, коли пробу будуть аналізувати на вміст нафтопродуктів, жирів, вуглеводнів, детергентів, пестицидів.

Відбір проб питної води Проби питної води відбирають у хімічно чистий посуд з притертими пробками (корковими або поліетиленовими), виготовлений з міцного, безбарвного хімічно стійкого скла, або в поліетиленовий посуд, який дозволено використовувати для контакту з питною водою. Проби, призначені для аналізу на вміст органічних речовин, відбирають тільки в скляний посуд з притертими пробками.

Відбір проб води для визначення газів Проби води для визначення газів відбирають псевдобатометром або двома спареними псевдобатометрами різних об’ємів, з яких на глибині водойми відсмоктують повітря і набирають воду так, щоб вона двічі-тричі повністю змінилася в склянці меншого об’єму. При цьому способі відбору проб води в склянці зовсім не залишається повітря та усувається контакт з повітрям. Аналізують воду з меншої ємності. Проби води також відбирають у склянки з поліетилену чи боросилікатного скла «пайрекс». Поліетиленовий посуд миють синтетичними мийними засобами, розчином хлоридної кислоти, скляний – хромовою сумішшю, після чого миють спочатку водопровідною, а потім дистильованою водою. Перед відбором проб посуд 2–3 рази промивають водою, яку беруть для досліджень (для достовірності результатів відбирають одночасно по 2 проби). Посуд заповнюють водою вщерть, щоб не залишалося повітря, і закривають пробкою.

Відбір проб води для санітарно-мікробіологічного аналізу Санітарно-мікробіологічний аналіз питної води відповідно до ДСанПіН N 383/1940 "Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання» повинен здійснюватися у відповідності до методичних вказівок "Санітарно-мікробіологічний контроль якості питної води", затверджених наказом МОЗ України від 3 лютого 2005 р. N 60. Проби води для санітарно-мікробіологічного аналізу відбирають у стерильний посуд стерильними батометрами; руки перед відбором знезаражують. Посуд відкривають безпосередньо перед відбором, видаляючи пробку разом зі стерильним ковпачком. Під час відбору пробка і горлечко не повинні торкатися нестерильних предметів. Мити посуд не потрібно. Посуд з відібраною пробою негайно після відбору закривають стерильною пробкою, потім стерильним міцно фіксованим ковпачком. Посуд із пробами води, що підлягають транспортуванню, закривають пробками, які не усмоктують воду (наприклад, притертими скляними, гумовими, ватними, обгорненими фольгою і т.п.).

Відбір проб води для гідробіологічних спостережень Для кількісного обліку фітопланктону проби відбирають батометрами послідовно з певних горизонтів. Для якісного обліку фітопланктону проби відбирають планктонною сіткою. Основним знаряддям лову безхребетних (зообентос) прибережній зоні є шкребок. Живі організми з водних рослин (зообентос) збирають вручну, або ловлять шкребком - різновидом сачка, що має в нижній частині обода заточену металеву пластину шириною 2-3 см, довжиною 25 см. Рама обшивається грубою тканиною, до якої пришивають мішок з млинового газу № 17-19. Шкребок насаджують на палицю довжиною 1,5-2 м.

Збір зообентосу з ґрунту проводиться також шкребком. На доступній глибині знімають шар ґрунту і складають у відро. Для відокремлення тварин від ґрунту використовують сачок-промивач. Відбір проб перифітону з поверхні паль, дамб, мостів здійснюють за допомогою ножа, пінцета, або ложки.