Экспериментальное установление пороговых концентраций вредных веществ на процессы самоочищения водоемов

2.1. Санитарный режим водных объектов в зонах влияния выбросов сточных вод определяется интенсивностью процессов естественного самоочищения, в ходе которых происходит потребление кислорода, развитие и отмирание сапрофитной и патогенной микрофлоры, трансформация и минерализация органических соединений.

В общем виде процесс биохимического потребления кислорода происходит в 2 стадии: первая — окисление нестойких органических соединений — развивается довольно быстро и носит экспоненциальный характер; вторая — окисление стойких органических веществ — протекает в природных водах медленнее и, как правило, линейно. Интенсификация второй стадии потребления кислорода в скляночном опыте означает наступление активации окисления азотсодержащих веществ или адаптации микрофлоры к ассимиляции изучаемого вещества.

• 2.2. Целью экспериментального гигиенического исследования влияния вещества на процессы естественного самоочищения водных объектов является обобщенная оценка интенсивности и направленности взаимосвязанных фаз биохимического окисления естественных органических веществ (БПК, аммонификации, нитрификации, развития и отмирания микрофлоры), обоснование пороговых концентраций вещества по общесанитарному признаку вредности (ПКсан.).
• 2.3. Объем исследования дифференцируется в зависимости от задач и результатов комплексной оценки токсиколого — гигиенических свойств веществ.
• 2.3.1. Проводятся исследования БПК за 5 (7) суток в динамике: тотчас, через 1, 3 и 5 (7) суток и определяется ПКсан.
• 2.3.2. После установления ПКорг. и ПКхр. по санитарно — токсикологическому признаку вредности они сопоставляются с ПКсан. по БПК5(БПК7).

При ПКсан./ПКорг., ПКсан./ПКхр. >= 1 исследования процессов самоочищения могут считаться завершенными.

При ПКсан./ПКорг., ПКсан./ПКхр. < 1 необходимы уточняющие исследования с изучением влияния веществ на динамику содержания аммиака, нитритов и нитратов в воде модельных водоемов. При стимуляции БПК необходимо продолжить наблюдения на 7 — 10 — 15 — 20 суток.

2.3.3. Для уточнения характера влияния вещества на процессы естественного самоочищения в качестве дополнительных могут применяться методы исследования динамики развития и отмирания микрофлоры. Дополнительные исследования в модельных водоемах со стандартизованной водой позволят получить представление о воспроизводимости результатов.

Каждый показатель исследуется не менее чем в 3-х сериях опытов.

2.4. Выбор концентраций для опыта проводят по данным о растворимости и стабильности вещества, величине химического потребления кислорода в расчете на 1 мг вещества.

В первой ориентировочной серии допустимы различия между концентрациями вещества в 10 раз, в последующих 3-х сериях исследуют 3 — 4 концентрации, отличающиеся одна от другой в 3 — 4 раза. Контролем служит разводящая вода без вещества.

2.5. В связи с высокой вариабельностью процессов самоочищения как в скляночных опытах, так и в модельных водоемах необходимо соблюдение ряда требований к разводящей воде и правилам ее подготовки.

В качестве источника органических веществ естественного происхождения и активной сапрофитной микрофлоры используют хозяйственно-бытовую сточную воду, которая должна быть свободна от примесей ингредиентов промышленных сточных вод и взвешенных веществ. Длительное хранение (более 24 ч) хозяйственно — бытовой жидкости при температуре 20 град. C недопустимо. При проведении ориентировочных опытов готовая смесь этой жидкости с разводящей водой должна храниться в холодильнике при температуре 4 — 8 град. C. Перед началом эксперимента перманганатным методом определяют окисляемость водной смеси с хозяйственно — бытовой сточной жидкостью. Если величина окисляемости выше 15 мг О₂/л, сточная вода разбавляется. В качестве разводящей воды используется дехлорированная водопроводная вода, свободная от веществ, оказывающих влияние на процессы БПК. Вода насыщается кислородом воздуха до концентрации 6,0 — 8,0 мг/л. Сосуды для этой воды нельзя использовать для других целей. Целесообразно, чтобы аэрированная вода имела температуру около 20 градусов.

После разбавления окисляемость смеси не должна превышать 8 — 9 мг О₂/л.

2.6. Определение окисляемости, БПК, аммиака, нитритов, нитратов проводится общепринятыми методами [1].

В дополнительных исследованиях может использоваться стандартизованная разводящая вода.

Допускается изучение слаборастворимых веществ в смеси с ПАВ или в виде мелкодисперсной взвеси или эмульсии. Контролем при этом служит разводящая вода, содержащая соответствующее количество ПАВ.

• 2.7. Правильность постановки опыта проверяется по следующим критериям.
• 2.7.1. Величина БПК за первые сутки должна быть в пределах 0,7 — 1,2 мг/л, а к концу опыта — не менее 3 мг/л. Динамика процесса БПК выражается зависимостью, близкой к экспоненциальной, не наблюдается смена подъемов и снижений кривой. В двойном логарифмическом масштабе график зависимости представляет собой прямую.
• 2.7.2. Баланс уменьшения количества аммиачного азота, нарастания и убыли нитритного азота и нарастания азота нитратов (до 0,1 мг/л) должен сохраняться в каждый момент определения.
• 2.7.3. При длительных исследованиях динамики БПК дополнительная интенсификация процесса на 5 — 10 или 15 суток может быть отражением наступления второй стадии минерализации и сопровождаться накоплением нитратов в воде.
• 2.8. Результаты всех стадий исследований представляются в форме таблиц, а динамика БПК и динамика развития и отмирания микрофлоры — и в виде графиков.

• 2.9. При оценке экспериментальных данных выводы делаются на основании каждой серии в отдельности. В силу высокой вариабельности процессов в разных сериях, усреднение и статистическая обработка результатов не допускаются.
• 2.9.1. Высокая вариабельность процессов самоочищения не позволяет принимать во внимание отклонения от контроля < 15%. С гигиенических позиций процессы ингибирования самоочищения более опасны, чем стимуляция. Поэтому необходима дифференциация критериев вредности в зависимости от направленности нарушения первой стадии минерализации. При ее ингибировании за пороговую принимается концентрация вещества, вызывающая угнетение БПК на 15%, а при стимуляции — на 20%. При преимущественном влиянии вещества на вторую стадию минерализации критерием пороговой дозы является 15%-ное отклонение от контроля.
• 2.9.2. Если при наименьшей из действующих концентраций БПК отличается от контроля больше или меньше чем на 15% (или 20%), пороговую концентрацию можно рассчитать на основании линейной полулогарифмической зависимости «концентрация-эффект» графическим или статистическим методом и, таким образом, получить более точную величину ПКсан.
• 2.9.3. Для уточнения величин пороговых концентраций при стимуляции БПК можно определить, сколько в процессе биохимического окисления приходится кислорода на 1 мг изучаемого вещества:

А — количество кислорода на 1 мг изучаемого вещества; БПКх — БПК в опыте, последний срок наблюдения; БПКк — БПК в контроле в последний срок наблюдения; С — концентрация изучаемого вещества (мг/л).

Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения предусмотрено, что в воде водных объектов должен содержаться растворенный кислород в количестве не менее 4 — 6 мг/л. Поэтому применительно к натурным условиям при благоприятном санитарном режиме водного объекта без заметного ущерба для санитарного состояния водного объекта может быть использовано не более 1 — 2 мг/л кислорода. Тогда пороговая концентрация вещества ориентировочно может быть рассчитана по формуле:

А — количество кислорода на 1 мг изучаемого вещества.

Поскольку эта формула не в полной мере отражает реальное влияние сточных вод на санитарный режим водных объектов, предложена более точная формула:

Q — расход воды водного объекта, куб. м/с; q — расход сточных вод, в составе которых сбрасывается нормируемое соединение, куб. м/с; a — коэффициент смешения сточных вод с водой водного объекта.

2.9.4. Для расчетного прогноза условий спуска сточных вод, содержащих вещества, нормируемые по общесанитарному признаку вредности и стимулирующие потребление кислорода, важно определение константы скорости потребления кислорода:

БПКt и ВПК2t — биохимическое потребление кислорода для 2-х сроков инкубации, кратных между собой; K — искомая константа скорости; t — время, сут.