Содержание к диссертации
Введение
1. Основные показатели качества и загрязненности воды 10
1.1. Характеристика качества воды 10
1.2. Основные показатели качества воды
1.2.1. Общие физико-химические показатели качества воды 13
1.2.2. Органолептические показатели
1.3. Эпидемические показатели воды 51
1.4. Санитарно-показательные микроорганизмы, характеризующие загрязнение питьевой воды при централизованном водоснабжении 53
1.5. Магнитные свойства воды 56
1.6. Свойства активированной воды 58
2. Анализ современного состояния методов и при боров контроля качества питьевой воды 62
2.1. Фотоколориметрический метод контроля качества воды 62
2.2. Оптический метод определения растворенного кислорода 69
2.3. Санитарно-микробиологическое исследование воды 76
2.4. Методы контроля бактерий 79
2.5. Методы жидкостной хроматографии 86
2.6. Методы определения БПК 92
2.7. Метрологическое обеспечение качества аналитических исследований на основе стандартных образцов в соответствии с современными
требованиями 99
ГЛАВА 3. Лазерно-оптические методы дистанционного контроля качества воды в водоемах 104
3.1. Общие сведения о водной среде и методах ее контроля 104
3.1.1. Состав и свойства водоемов 105
3.1.2. Характеристика гидрооптических методов 106
3.2. Пассивные методы 107
3.2.1. Измерение цветности 107
3.2.2. Измерение биолюминесценции водной среды 109
3.3. Активные методы 110
3.3.1. Уравнение гидрографического лидара ПО
3.3.2. Дистанционное упругое зондирование гидросферы 112
3.3.3. Методы дистанционного спектрального анализа 125
3.3.4. Методы неконтактного КР- и Ф-зондирования 125
3.3.5. Флуоресценция водной органики 127
3.3.6. Флуоресценция фитопланктона 129
3.3.7. Обнаружения и идентификация нефтяного поверхностного загрязнения 133 3.3.8. Исследование сточных вод 138
3.3.9. Подповерхностное измерение температуры воды 139
3.3.10. Метод дистанционного элементного анализа водной среды 140
3.4. Нелинейная флуориметрия сложных органических соединений 148
4. Методы и средства контроля качества и диагностика объектов водообеспечения и водоотведения 152
4.1. Современное состояние методов и средств неразрушающего контроля объектов водообеспечения и водоотведения 152
4.2. Приборы неразрушающего контроля состояния и качества материалов и конструкций объектов водообеспечения и водоотведения в процессе эксплуатации 160
4.3. Телевизионные методы диагностики водопроводно-канализационных трубопроводов 178
4.4. Технические средства телевизионных методов контроля 184
4.5. Приборы для поиска утечек воды 188
5. Система мониторинга качества воды и техноло гического оборудования в гуп «водоканал санкт петербург" 190
5.1. Система биомониторинга качества воды 190
5.2. Результаты эксплуатации систем биомониторинга качества воды в Санкт-Петербурге 194
5.3. Система дистанционного мониторинга и диагностики технологических показателей надежности работы насосов в процессе эксплуатации.. 200
5.4. Мониторинг параметров перекачки воды на насосных станциях Санкт-Петербурга 209
5.5. Мониторинг и диагностика параметров при заборе и подаче воды на очистку на водопроводных станциях Санкт-Петербурга 218
5.6. Информационный комплекс учета воды и телеметрии системы водоснабжения Санкт-Петербурга 227
5.7. Мобильная установка для моделирования процесса очистки питьевой воды 244
5.8. Прогнозирование и оценка степени загрязнения водоемов сточными водами 247
6. Организационная структура системы контроля качества воды в гуп «водоканал санкт-петербург".. 267
6.1. Совершенствование системы мониторинга качества воды в условиях современного мегаполиса 267
6.2. Организация контроля качества воды в ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" 271
6.3. Контроль качества воды в распределительных сетях ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» : 273
6.4. Анализ химического состава и качества воды в источниках водо снабжения 281
6.5. Обеспечение качества питьевой воды в Санкт-Петербурге 283
6.6. Контроль качества питьевой воды по микробиологическим показателям 287
6.7. Основные принципы создания автоматизированной системы управления качеством ГУП «Водоканал санкт-петербурга» 290
6.8. Метрологическое обеспечение контроля качества воды 294
6.9. Исследование проблемы управления устойчивым развитием качества питьевой воды 2 6.9.1. Стандарты управления качеством продукции 298
6.9.2. Технологические основы повышения качества питьевой воды 302
6.9.3. Повышение качества воды путем обеззараживания воды гипохло-ритом натрия и ультрафиолетовым облучением в системах водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга 310
6.9.4. Информационные технологии в управлении качеством воды 316
6.9.5. Программа развития систем водоснабжения Санкт-Петербурга 320
Основные результаты диссертационной работы 326
Литература и ресурсы интернет 328
- Санитарно-показательные микроорганизмы, характеризующие загрязнение питьевой воды при централизованном водоснабжении
- Санитарно-микробиологическое исследование воды
- Характеристика гидрооптических методов
- Приборы неразрушающего контроля состояния и качества материалов и конструкций объектов водообеспечения и водоотведения в процессе эксплуатации
Введение к работе
Актуальность работы обусловлена тем, что на фоне общего загрязнения гидросферы с каждым годом все труднее обеспечить качество питьевой воды
В последние десятилетия в результате интенсивного антропогенного воздействия заметно изменился химический состав не только поверхностных, но и подземных вод Несмотря на относительно высокую защищенность (по сравнению с поверхностными) от загрязнения, в них тоже обнаруживаются свинец, хром, ртуть, медь, цинк, др Естественно, что концентрация тяжелых металлов в подземных водах возрастает на территории близ больших городов и промышленных центров
Проблема качества питьевой воды затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования В настоящее время питьевая вода — это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, а также инженерная и экономическая Понятие "питьевая вода" сформировалось относительно недавно и его можно найти в законах и правовых актах, посвященных питьевому водоснабжению
Питьевая вода— вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживания) установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека либо для производства пищевой продукции. Речь идет о требованиях к совокупности свойств и состава воды, при которых она не оказывает неблагоприятного влияния на здоровье человека как при употреблении внутрь, так и при использовании в гигиенических целях, а также при производстве пищевой продукции
Существует много способов проверить воду на качество, например, попробовать воду на вкус, выпаривать или отстаивать воду в течение нескольких часов и наблюдать выпадение белого осадка Но такие методы "анализа и контроля" имеют существенный недостаток— субъективность и большую вероятность ошибки в определении качества воды. Единственно точный и надежный способ проверки воды на качество, пригодность для питья— это использование современных методов и приборов ее анализа и контроля
Для решения этой проблемы наиболее эффективным является комплексный подход путем создания системы управления качеством питьевой воды, включающей производство, контроль и мониторинг качества воды в условиях современного мегаполиса. При этом контроль и мониторинг качества воды должен проводиться как в водоемах в местах водозабора, так и в процессе производства питьевой воды
Цель диссертационной работы заключается в обеспечении высокого качества питьевой воды путем совершенствования системы контроля и мониторинга качества воды в условиях современного мегаполиса
В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследований:
проанализировать основные показатели качества питьевой воды для современного мегаполиса,
провести анализ и выбор методов и приборов контроля качества питьевой воды,
разработать теоретические принципы лазерно-оптических методов дистанционного контроля качества воды в водоемах,
[О
провести анализ и выбор основных методов и средств контроля качества и диагностики объектов водообеспечения и водоотведения,
обосновать систему мониторинга качества воды и технологического оборудования в ГУЛ «Водоканал Санкт-Петербург",
рассмотреть организационную структуру системы контроля качества воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербург"
Объектом исследования является система контроля качества воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербург"
Методы исследования. Исследования проводились с использованием биосенсорных методов, методов химаналитики и лазерно-оптических методов дистанционного контроля качества воды в водоемах Применение современных методов статистического анализа с применением математического и компьютерного моделирования, отвечающих поставленным задачам, телевизионные методы диагностики водо-проводно-канализационных трубопроводов
На защиту выносятся следующие научные положения:
Теоретическое обоснование лазерно-оптических методов дистанционного контроля качества воды в водоемах в местах водозабора
Методы расчета степени загрязнения проточных водоемов сточными водами в местах водозабора
Система биомониторинга качества воды
Система мониторинга качества воды и технологического оборудования в ГУП «Водоканал Санкт-Петербург"
Организационная структура системы контроля качества воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербург"
Научная новизна работы:
получена аналитическая зависимость, в которой концентрация примесей в воде определяется по отношению амплитуды сигнала флуоресценции от примеси к сигналу комбинационного рассеяния от молекул воды
в результате сравнения панорамных спектров, полученных для различных водоемов, установлено, что для контроля за относительным содержанием некоторых находящихся в воде примесей (растворенного органического вещества) достаточно следить за изменением абсолютной величины сигнала только на одной длине волны (например, для ФП Хф = 658 нм)
для контроля степени загрязнения водной среды нефтепродуктами получено выражение, в котором при известном суммарном коэффициенте ослабления є для нефтепродукта, толщину пленки можно оценить из отношения сигналов от чистой водной поверхности и покрытой нефтяной пленкой
определена решающая процедура станции производственного биологического мониторинга качества воды, в которой в сигнал аварийной опасности входят три параметра б - уровень срабатывания, Гср - время срабатывания и Г3 - время задержки При этом, для каждого из основных биомаркеров (индекс напряжения и скорость нарастания частоты сердечных сокращений рака) выбраны, как наиболее характерные, по три значения уровня срабатывания Для индекса напряжения выбраны значения 1000, 5000 и 10000 с"3, а для скорости нарастания частоты сердечных сокращений -50, 75 и 100 % Кроме того, рассчитана величина скорости нарастания частоты сердечных сокращений для трех значений параметра Т3 2,10 и 30 мин.
Практическая значимость и внедрение результатов работы Разработана и принята к промышленному использованию станции производственного биологического мониторинга качества воды, установленные на водозаборных сооружениях водопроводных станций в ГУП «Водоканал Санкт-Петербург"
Результаты диссертационной работы были внедрены при подготовке и реализации следующих нормативных документов в ГУП «Водоканал Санкт-Петербург"
Регламент действий персонала ГУП «Водоканал Санкт-Петербург» и специализированных сторонних организаций Санкт-Петербурга в условиях обнаружения токсичных веществ в воде водозаборных сооружений
Регламент работы водопроводных станций Санкт-Петербурга в условиях резкого ухудшения качества воды по показателям мутность и цветность водоисточника (р Нева и Невская губа)
Регламент взаимодействия Департамента эксплуатации и развития систем водоснабжения и водоотведения, Технологических служб филиалов и ЗАО «Акватех-сервис» по организации дозирования порошкообразного активированного угля при регистрации превышений нормативных значений концентраций нефтепродуктов в воде водозаборных сооружений водопроводных станций
Временный регламент применения порошкообразных активированных углей для предварительной очистки воды на водопроводных станциях ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на X Международной конференции «Экология и развитие общества», Санкт-Петербург, 2007, общественных слушаниях по проекту технического регламента «0і безопасности водных объектов в местах водопользования и водоотведения, питьевой воды, а также процессов водоснабжения» проведенные Российской ассоциацией водоснабжения и водоотведения, Москва, апрель 2007 г; Международном Гётеборг-ском симпозиуме по вопросам химической очистки питьевой и сточной воды в 2007 г; Семинаре на тему «Опыт снижения коррозийной активности питьевой воды» Фирма «Кемира» и Водоканал г Хельсинки Хельсинки, 11 03 2005 г ; 7-й Международной конгресс «Экватэк-2006», Москва, 30 052006 - 02 06 2006 г, Специализированная конференция Международной водной ассоциации (IWA) «Обработка и утилизация осадков сточных вод состояние, тенденции и перспективы», Москва, 29 05 2006 - 31.05 2006 г, Всероссийской научной конференции «Эпидемиология, лабораторная диагностика и профилактика вирусных инфекций», Санкт-Петербург, 01.12.2005 г; Международной конференции МАНЭБ, 2005 в Санкт-Петербурге, XI Ежегодном семинаре "Спектрометрический анализ Аппаратура и обработка данных на ПЭВМ" Тезисы докладов г Обнинск Калужской обл , 22-26 ноября 2004 г, диссертация прошла обсуждение на заседании кафедры «Приборы контроля и системы экологической безопасности» СЗТУ, в НИЦЭБ РАН, на заседании кафедры «Инженерная экология» СПбГТИ (ТУ)
Личный вклад автора:
основная идея работы, постановка исследовательских и практических задач, разработка методов их решения,
теоретическое обоснование лазерно-оптических методов контроля качества воды в водоемах в местах водозабора,
разработка и внедрение системы мониторинга и контроля качества питьевой
воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербург",
- руководство работами по созданию и внедрению станций биомониторинга качества воды в ГУЛ «Водоканал Санкт-Петербург",
В трудах, опубликованных в соавторстве, автор участвовал в той доле, которая указана в заключении организации, где выполнялась работа Автор глубоко признателен всем коллегам, принявшим участие в совместных работах и в обсуждении полученных результатов
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ
Структура и объем работ Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав и заключения Общий объем 280, включая 42 таблицы, 96 рисунков и списка литературы из 148 наименований
Санитарно-показательные микроорганизмы, характеризующие загрязнение питьевой воды при централизованном водоснабжении
Для удобства отображения был введен специальный показатель, названный рН и представляющий собой логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т.е. рН = -log[H+].
Если говорить проще, то величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН", образующихся при диссоциации воды. Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода (рН 7) по сравнению с ионами ОН", то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН 7)- кислую. В идеально чистой дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга. В таких случаях вода нейтральна и рН=7. При растворении в воде различных химических веществ этот баланс может быть нарушен, что приводит к изменению уровня рН.
Очень часто показатель рН путают с такими параметрами, как кислотность и щелочность воды. Важно понимать разницу между ними. Главное заключается в том, что рН - это показатель интенсивности, но не количества. То есть, рН отражает степень кислотности или щелочности среды, в то время как кислотность и щелочность характеризуют количественное содержание в воде веществ, способных нейтрализовывать соответственно щелочи и кислоты. В качестве аналогии можно привести пример с температурой, которая характеризует степень нагрева вещества, но не количество тепла. Например, опустив руку в воду, мы можем сказать какая вода - прохладная или теплая, но при этом не сможем определить сколько в ней тепла (т.е. условно говоря, как долго эта вода будет остывать). рН воды - один из важнейших рабочих показателей качества воды, во многом определяющих характер химических и биологических процессов, происходящих в воде. В зависимости от величины рН может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и т.д.
Контроль за уровнем рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его "уход" в ту или иную сторону может не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий. Оптимальная требуемая величина рН варьируется для различных систем водоочистки в соответствии с составом воды, характером материалов, применяемых в системе распределения, а также в зависимости от применяемых методов водообработки.
Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он непосредственно не влияет на потребительские качества воды. Так, в речных водах рН обычно находится в пределах 6.5-8.5, в атмосферных осадках 4.6-6.1, в болотах 5.5-6.0, в морских водах 7.9-8.3. Поэтому ВОЗ не предлагает какой-либо рекомендуемой по медицинским показателям величины для рН. Вместе с тем известно, что при низком рН вода обладает высокой коррозионной активностью, а при высоких уровнях (рН 11) вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, способна вызывать раздражение глаз и кожи. Именно поэтому для питье вой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9.
Следует отметить, что водородный показатель часто называют показателем активной реакции воды, который является показателем ее щелочности или кислотности, количественно он характеризуется концентрацией водородных ионов. Молекулы воды диссоциируют на ионы водорода и гидроксила: Н20 = Н++ ОН".
Константа равновесия К для этой реакции определяется уравнением: [Н+] [ОН] / [Н20] = К. Произведение концентраций ионов водорода и гидроксила в водном растворе, называемое ионным произведением воды К, - величина, постоянная для любого водного раствора при данной температуре. При комнатной температуре можно принять К = 10 -14. Тогда в нейтральном растворе концентрация водородных и гидроксильных ионов равны, т.е. [Н+] = [ОН ] = 10"7г-ионов/л.
Очевидно, что изменение концентрации одного из ионов влечет за собой изменение концентрации другого иона. Так как растворы щелочей диссоциируют с образованием гидроксильных ионов, а растворы кислот - с образованием водородных ионов, то по концентрации водородных ионов можно заключить о кислотности или щелочности воды, т.е. при [Н+] 10 7 растворы имеют кислую реакцию, а при [Н+] 10"7 - щелочную.
На практике активную реакцию воды выражают водородным показателем рН, являющимся отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов, т.е. рН = - lg [Н+]. Следовательно, для нейтральной воды рН = 7, для кислой - меньше 7 и для щелочей - больше 7. Природные воды по величине рН можно классифицировать как: кислые - рН = 1 - 3, слабокислые - рН = 4 - 6, нейтральные воды - рН = 7; слабощелочные - рН = 8 -10, щелочные - рН = 11-14.
Активная реакция природных вод обычно варьируется в пределах 6,5 - 8,5, что соответствует лимитам питьевой воды. Неизменность рН в природных водах объясняется присутствием в них буферной системы, т.е. растворов смесей слабых кислот или слабых оснований с их солями. Концентрация водородных ионов в буферных растворах почти не изменяется при разбавлении их водой или добавлении небольших количеств щелочей или кислот, так как рН их определяется не концентрацией кислоты и ее соли, а отношением этих концентраций.
Буферная система природных вод часто состоит из растворенной в воде угольной кислоты и бикарбонатных ионов. Несмотря на то, что емкость бикар-бонатной буферной системы в природной воде невелика, она все же не позволяет рН существенно изменяться в процессе ее коагулирования, обеззараживания и т.п.
Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция. Изменения рН тесно связаны с процессами фотосинтеза (из-за потребления С02 водной растительностью). Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов: Fe2+ + 2Н20 -+ Fe(OH)2 + 2Н+ .
Значение рН в речных водах обычно варьирует в пределах 6.5-8.5, в атмосферных осадках 4.6-6.1, в болотах 5.5-6.0, в морских водах 7.9-8.3. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина рН для большинства речных вод составляет 6.8-7.4, летом 7.4-8.2. рН природных вод определяется в некоторой степени геологией водосборного бассейна.
В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды из водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды из водоемов рыбохозяйственного назначения величина рН не должна выходить за пределы интервала значений 6.5-8.5.
Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины рН зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон рН воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.
Санитарно-микробиологическое исследование воды
Метод используется для определения количества жизнеспособных микроорганизмов в полевых условиях, а также в научно-исследовательской работе. Так как исследуемый материал или его разведение засевают на поверхность питательной среды в виде капель определенного объема, а количество колоний, выросших из каждой капли, учитывается отдельно, удается более экономно расходовать питательные среды и лабораторную посуду за счет посева на одну чашку нескольких проб. В то же время, если хотя бы в одной капле будут присутствовать микроорганизмы, способные к подвижному росту, учесть результат будет невозможно.
Чашки с питательным агаром тщательно подсушивают (см.посев шпателем). Одна чашка может быть использована для посева до 8 разных проб или разведении. Место, куда будет нанесена каждая из них, маркируют на обратной стороне донышка чашки. На поверхность питательного агара с помощью микропипетки или пипеточного дозатора наносят капли исследуемого материала либо его разведения объемом 0,01 или 0,02 мл. Капли не должны сливаться между собой. Чашки выдерживают на столе до полного высыхания капель, переворачивают и помещают в термостат. Подсчет колоний проводят в каждой капле отдельно. При выборе разведения следует стремиться к тому, чтобы количество колоний в капле не превышало 50. Проводят расчет количества микроорганизмов в единице объема (массы) исследуемого материала с учетом разведения и объема засеянной капли (0,01 или 0,02 мл). Метод используется, например, при исследовании питьевой воды в полевых условиях - ГОСТ2 4849-81 "Вода питьевая. Полевые методы санитарно-мпкробиологичесгого анализа". Метод мембранных фильтров Метод предназначен для определения небольших количеств жизнеспособных микроорганизмов в жидких средах. Широко применяется для определения индексов санитарно-показательных микроорганизмов, а также при исследовании жидкостей, обладающих антимикробным действием.
Для определения количества бактерий используют фильтры с диаметром пор не более 0,3 мкм, например, мембранные фильтры №2,3 или фильтрующие мембраны "Владипор" МФА-МА №5,6,7,8. Отобранные для работы фильтры визуально проверяют на отсутствие трещин, изломов, деформаций, а затем подвергают специальной обработке и стерилизации. Мембранные фильтры по одному помещают на поверхность нагретой да 80С дистиллированной воды и медленно доводят до кипения на слабом огне, затем воду заменяют и кипятят еще 10 минут. Смену воды необходимо повторить 3-5 раз для полного удаления остатков растворителя из фильтра. Отмытые фильтры можно хранить в дистиллированной воде или в сухом виде. Непосредственно перед работой их повторно обрабатывают кипячением.
Мембраны "Владипор" обрабатывают кипячением. Во избежание деформации мембран на дно сосуда помещают нержавеющую сетку, чтобы не допустить бурного кипячения. Мембраны опускают в воду, нагретую до 80-90С, и кипятят на слабом огне 10-15 минут. Затем воду сливают и заменяют небольшим объемом стерильной дистиллированной воды.
Другие виды фильтров готовят к исследованию согласно инструкции предприятия-изготовителя.
Для фильтрации используют специальные фильтрационные установки: аппарат Зейтца, прибор Гробара, аппарат Рублевской водопроводной станции и др. Установка состоит из патрона для фильтра, емкости, в которую помещают исследуемый материал, приемного сосуда для фильтрата и вакуумного насоса.
Перед работой патрон для фильтра и емкость для исследуемого материала стерилизуют фламбированием после обтирания смоченным спиртом тампоном или другим подходящим способом, либо кипятят. После охлаждения на сетку патрона с помощью фламбированного пинцета помещают фильтр и прижимают его емкостью для исследуемого материала.
В емкость для исследуемого материала при соблюдении правил стерильности наливают необходимый объем пробы и создают вакуум в приемном сосуде. Объем фильтруемой жидкости указан в НТД, регламентирующей исследование данного объекта. При отсутствии соответствующих указаний следует выбирать такой объем жидкости, чтобы на фильтре выросло не более 30 колоний искомого вида.
Сразу после завершения фильтрации насос выключают, разбирают установку и фламбированным пинцетом осторожно извлекают фильтр. Фильтр тем же пинцетом, не переворачивая, помещают на питательную среду, поверхностью с осевшими на ней бактериями вверх. При этом необходимо избегать образования пузырьков воздуха между средой и фильтром. На одну стандартную чашку можно поместить до 4 фильтров при условии, что они не будут соприкасаться между собой. Если исследуемый материал содержит большое количество взвешенных веществ, фильтрацию проводят в 2 этапа: сначала через предварительный фильтр с размером нор 4 мкм (можно использовать мембранный фильтр № 6 или мембрану МФА-МА № 10), а затем через основной фильтр со средним диаметром пор не более 0,3 мкм. Для этого при сборке установки предварительный фильтр укладывают поверх основного. По окончании фильтрации оба фильтра переносят на питательную среду и в дальнейшем учитывают суммарное количество колоний, выросших на двух фильтрах. После фильтрации растворов с высоким осмотическим давлением или растворов веществ, обладающих антимикробной активностью, фильтр необходимо промыть стерильной дистиллированной водой или водно-солевым раствором.
Питательные среды с помещенными на их поверхность фильтрами инкубируют в благоприятных для выделения искомых микроорганизмов условиях. В последующем проводят подсчет колоний с заданными свойствами, при необходимости выделение чистой культуры и ее идентификацию, а затем, с учетом профильтрованного объема, рассчитывают количество бактерий в единице объема исследуемой жидкости.
Мембранная фильтрация применяется в санитарной микробиологии очень широко. Она может быть использована не только для определения концентрации микроорганизмов, но и для контроля стерильности больших объемов жидкости. Этот метод включен во многие действующие нормативные документы: ГОСТ 26670-91 "Продукты пищевые. Методы культивирования микроорганизмов"; ГОСТ 18963-73 "Вода питьевая. Методы санитарно-бактериологического анализа"; "Государственная Фармакопея СССР", XI издание и др.
Метод посева в жидкие среды (родильный, титрационный метод) Метод используется для определения количества жизнеспособных микроорганизмов в жидких средах, широко применяется для определения индексов санитарно-показательных микроорганизмов. В начале готовят ряд разведений исследуемого материала, при этом шаг разведения в принципе может быть любым, но в санитарной микробиологии чаще используют десятикратные разведения. Затем проводят посев в жидкие питательные среды, при этом каждое разведение можно высевать в 1 пробирку с жидкой средой - однорядный метод, в 2 -двухрядный метод, в 3 -трехрядный и т. д. С увеличением количества рядов возрастает точность определения, однако, так как увеличение числа рядов более 10 не ведет к существенному увеличению точности, их число даже в научных исследованиях, как правило, не превышает 10. Для практических целей в санитарной микробиологии чаще всего используют трехрядный метод. В каждую пробирку засевают 1 мл разведения или кратный 10 (1, 10, 100 мл) объем исследуемого материала и после инкубации учитывают количество пробирок с признаками роста микроорганизмов в каждом разведении. При необходимости делают высев на плотную питательную среду и подтверждают принадлежность бактерий к заданной группе или виду.
Для последующих расчетов выбирают три самые высокие последовательные разведения, в которых встречаются как пробирки с ростом искомых микроорганизмов, так и без него. При этом желательно, чтобы в наибольшем разведении тройки или в следующем за избранной тройкой разведении рост микроорганизмов отсутствовал. Из числа положительных пробирок в каждом из входящих в тройку разведении составляют формулу, согласно которой находят НВЧ (наиболее вероятное число) по специальным таблицам.
Характеристика гидрооптических методов
Как известно, в поверхностном слое водоемов толщиной 20-30 м флуоресценция многих веществ естественного происхождения наблюдается повсеместно и значительно варьируется в пространстве и во времени. Поэтому сама по себе яркость флуоресценции не является признаком наличия исследуемой субстанции. Для ее выявления необходимо опираться на качественные различия флуоресценции тех или иных веществ, которые наиболее заметно проявляются в спектральных закономерностях. Здесь мы рассмотрим основные особенности флуоресценции растворенной органики, которая возбуждается в видимой и УФ-областях спектра. Ее спектр представляет собой симметричную полосу с полушириной 120-140нм с максимумом, смещенным относительно линии возбуждения в красную сторону на 80-120 нм и хорошо коррелирующим с поглощением фильтрованной воды (см. рис. 13). Форма спектра возбуждения водного гумуса подобна форме спектра поглощения, спектр его свечения при фиксированном спектре возбуждающего излучения не зависит от типа вод. Изменчивости интенсивности свечения объясняется вариацией содержания растворенного органического вещества, а не качественным составом. Это позволяет использовать уравнение (3.23) для определения его концентрации. Однако, в океанологических исследованиях полезной является также более простая характеристика K(h), определяемая отношением интенсивностей на исследуемой глубине и во внутреннем однородном слое, которая может быть получена либо в лидарных измерениях с пространственным разрешением A/t, либо с помощью погружаемого контактного флуорометра.
Крупномасштабное распределение интенсивности флуоресценции водной органики в деятельном слое водоема, характеризуемое вертикальным профилем K(h) (см. рис. 14), следует за распределением биологической продуктивности (флуоресценция + максимальная в прибрежной зоне и апвеллингах и минимальная в районах конвергенции, диапазон ее изменения превышает два порядка. В малопродуктивных районах водоемов флуоресценция и минимальна и почти постоянна в верхнем слое, затем она плавно возрастает с глубиной до некоторого уровня и ниже 200-400 м меняется мало. В высокопродуктивных районах она максимальна на поверхности водоема, быстро убывая с глубиной до значений малопродуктивных районов. Вероятнее всего, наблюдаемая корреляция профилей интенсивности флуоресценции с биологической продуктивностью обусловлена поведением вертикальных движений вод в водоеме на распределение ФП-главного поставщика водной органики в водоеме.
Основным процессом, участвующим в создании продуктов питания и кислорода, является фотосинтез. Благодаря ему растения, включая их водное многообразие, преображают солнечную энергию в химическую, так как ведущую роль в этих процессах играет Xд , то наблюдается весьма значительная корреляция между его концентрацией и первичной продуктивностью поверхностных вод. Было показано [9], что для определения концентрации Хд в естественных условиях можно использовать Ф-метод. Его реализация связана с проблемой рационального выбора длины волны зондирующего излучения, возникающей в связи с двояким способом возбуждения Ф-формы X д : путем поглощения излучения самой формой и путем миграции на нее световой энергии от вспомогательных пигментов (ВП) (каратиноидов, фикобилинов, фукоксантинов и др.). Реализация первого способа требует привязки длины волны возбуждения к полосам поглощения Хд (440, 660 нк). Однако, в этом случае появляется опасность того, что основной вклад в эхо-сигнал будет давать не X у живого (фото синтезирующего организма, а "мертвый" хлорофилл и его производные пигменты, имеющие очень похожие спектры поглощения и значительны квантовый выход (-30% против 1% у "живого"). Поэтому рациональный способ возбуждения - это перенос световой энергии с ВП наХд, в связи с чем длина волны лазера должна находится в диапазоне (450-600 нм).
Проиллюстрируем особенности такого подхода, оценивая концентрацию Xд по результатам зондирования воды ФП неодимовым лазером, работающим на 2-й гармонике ( в03. = 532 нм). Типичный спектр эхо-сигнала представлен на рис. 15. Пик максимумом на Хкр = 651 нм соответствует первой стоксовой компоненте КР воды, а на Хф = 665 - флуоресценция X .
Для расчета концентрации Хд необходимо определить Сф = оп Ц W, где оп - сечение поглощения, определяемое в основном каратиноидами, г\ - квантовый выход флуоресценция, W - вероятность переноса возбуждения с карати ноидов на X д . Кроме того, необходимо иметь в виду, что концентрации Xд и ВП находятся в отношении р0/рвп = 2,5. Используя для воды (Зн0 = 1,75-10"19 принимая для оп = 2-Ю"16 см2, W =0,5, Г = 2-Ю"2 из [9], получаем оценку рй = 6,5 мкг/л, что по порядку величин согласуется с опытными данными прямых измерений концентрации в пробах воды, выполненных, по стандартной методике [2].
Сравнение панорамных спектров [7] полученных для различных водоемов (рис. 16), показывает, что для контроля за относительным содержанием некоторых находящихся в воде примесей (растворенного органического вещества, фитопланктон) достаточно следить за изменением абсолютной величины сигнала только на одной длине волны (например, для ФП ф = 658 нм),
Такая методика позволяет, картировать распределение примесей в приповерхностном слое обширных акваторий, используя, на пример, самолетный ли-дар (рис. 17). Перестройка длины волны возбуждения позволяет снимать спектры возбуждения флуоресценции, т.е. регистрировать интенсивность свечения на определенной длине волны как функцию длины волны возбуждения.
Для однокомпонентных растворов спектр возбуждения соответствует спектру поглощения. Использование этого методического приема особенно эффективно при анализе сложных многокомпонентных растворов. Ярким примером этого может служить естественная смесь водорослей, содержащая основные окрашенные группы ФП: сине-зеленые, зеленые, золотисто-бурые, красные. Различие между разными группами ФП в спектроскопическом отношении заключается в содержании ВП. Как отмечалось выше, они выполняют роль све-топриемников, поглощая кванты света каждый в своем участке спектра и передавая энергию возбуждения на Xд . Было обнаружено, что спектры возбуждения значительно меняются при переходе от одной окрашенной группы ФП к другой, хотя наблюдаемые спектры возбуждения испускания для различных разновидностей водорослей в рамках каждой группы похожи (рис.18).
Приборы неразрушающего контроля состояния и качества материалов и конструкций объектов водообеспечения и водоотведения в процессе эксплуатации
Ряд отраслевых документов рекомендует применение вихретоковой дефектоскопии (ВД) наряду с МПД и ультразвуковым контролем (УЗК), а зачастую и взамен их, благодаря меньшей трудоемкости и высокой надежности ВД. Дефектоскоп «ВДЛ-5М» можно использовать для контроля очков барабанов, поверхности гнутых отводов труб и других деталей энергооборудования в качестве дополнительного средства контроля при решении спорных вопросов.
Техническая характеристика «ВДЛ-5М» Параметры Значение (диапазон) Эффективная зона контроля (эффективный радиус преобразователя), мм: 2,5 Предельные размеры выявляемых трещин, мм:- глубина- ширина 0,25 0,02 Относительная погрешность оценки глубины трещины, % 20 Потребляемая мощность, Вт 0,015 Габаритные размеры, мм 120x72x22 Масса прибора, кг 0,12 Срок службы преобразователя, лет 6 Основные функции цифровая индикация процесса поиска дефекта; звуковая и световая сигнализация наличия дефекта; цифровая регулировка чувствительности датчика (10 позиций). Особенности применения Для обеспечения надежной работы прибора в период эксплуатации необходимо производить проверку его работоспособности на эталонных образцах. При контроле изделий вблизи края (детали) необходимо при сканировании выдерживать постоянное расстояние датчика от края. В этом случае настройка (установка нуля) производится на изделии непосредственно в зоне контроля.
Для повышения точности оценки глубины трещин целесообразно использовать тарировочный график, построенные на эталонных образцах с естественными трещинами.
Мобильный термографический комплекс «ТЕРМОКОМ-4»
Мобильный автономный термографический комплекс «ТЕРМОКОМ-4», состоящий из четырех терморегистраторов «РТВ-2», четырех контейнеров на магнитных держателях, адаптера и кабеля для связи с компьютером, предназначен для регистрации температуры во времени на мобильных и труднодос 170 тупных объектах, с последующей обработкой информации на персональном компьютере. Внешний вид комплекса За счет малых габаритов и полной автономности термографический комплекс может быть установлен в труднодоступных местах, там, где применение других средств контроля невозможно. «ТЕРМОКОМ-4» является эффективной заменой применяемых в настоящее время громоздких и неудобных в эксплуатации самопишущих приборов.
Терморегистратор «РТВ-2» представляет собой высокоэкономичный микроконтроллер, имеющий в своем составе полупроводниковый датчик температуры с линеаризацией, часы реального времени с календарем, память на 2048 отсчетов температуры и последовательный интерфейс. Встроенные часы отсчитывают секунды, минуты, часы, число, месяц и год с автоматической компенсацией високосного. Питание регистратора осуществляется от встроенной литиевой батареи, расчитанной на 10 лет непрерывной работы или 1 миллион измерений температуры.
Конструктивно терморегистратор «РТВ-2» похож на таблеточный аккумулятор диаметром 17 мм и высотой 6 мм при весе 3.3 гр. Корпус регистратора сделан из нержавеющей стали, пыле - водонепроницаемый (до глубины погружения Юм). Выдерживает пиковое ударное ускорение при однократном механическом ударе - не менее 500 g, эквивалентное силовому воздействию величиной до 110 Ньютонов с любой стороны корпуса, по всей его площади.
Краткие рекомендации по применению Возможность работы в различных, в том числе токопроводящих (вода и другие жидкости) средах, большой набор функций и режимов работы делает комплекс чрезвычайно эффективным для регистрации и контроля температуры в следующих областях: строительство и производство стройматериалов (в т.ч. дорожное строительство); пищевая и перерабатывающая промышленность - транспортировка (рефрижераторы), хранение (склады и хранилища), диагностика пригодности пищевых продуктов, контроль соблюдения температурного режима в процессе их производства; медицина - транспортировка и хранение крови, плазмы, трансплантируемых органов, лекарств, вакцин и сывороток. Грубые цифровые термометры, обеспечивающие фиксацию динамики изменения температуры в амбулаторной и клинической практике; ремонт, обслуживание и сопровождение холодильной и климатической техники; контроль температуры изделий и техники при прокате оборудования («Термошпион»); температурный мониторинг движущихся, вибрирующих и вращающихся механизмов (перегрев подшипников, валов, турбин и т.д.); метеорология; испытание, хранение и транспортировка нефтепродуктов; сельское хозяйство (температура почвы на разных глубинах, контроль температурного режима силосных ям и элеваторов и т.п.); контроль динамики изменения температуры в водозаборных хозяйствах, водопроводах, системах водоочистки и канализации. Многоканальный регулятор-регистратор для термообработки бетона «РТМ-5.0»
Регулятор температуры "РТМ - 5.0" предназначен для автоматического программного регулирования процессов термообработки железобетонных изделий в различных технологических установках по предварительно заданной программе. Регулятор может также использоваться для термообработки других видов материалов, например, в процессах сушки древесины.
