Измерение плотности взвешенных частиц: нормативы содержания органического осадка в рыбохозяйственных водоёмах, канализации

Взвеси, растворенные и взвешенные вещества

Взвеси – частный случай суспензии. Они являются гетерогенными системами (грубодисперсными системами с твёрдой дисперсной фазой и жидкой фазой – дисперсионной средой), в отличие от растворённых веществ, которые образуют гомогенные системы – истинные растворы. Взвеси не относят к коллоидным системам, поскольку в случае суспензий твёрдая фаза подвергается оседанию под действием силы тяготения – седиментации – что, наряду с размером частицы (размер частиц в взвесях более 1 мкм, а в коллоидных системах – от 0,001 мкм и до 1 мкм), и отличает взвеси от коллоидных растворов.

Взвешенные вещества делят на органические и неорганические. Распространенные разновидности взвешенных частиц – нерастворимый диоксид кремния (речной песок), ил, планктон.

Сладж в околоплодных водах

«Присутствие в околоплодных водах свободно плавающих достаточно крупных гиперэхогенных частиц преимущественно вблизи внутреннего зева шейка матки предложили называть «сладжем» [1-3]. «Старо как мир», — возможно подумают часть специалистов, ведь тема про эхогенные включения в амниотической жидкости тысячу раз обсуждалась в книгах по ультразвуковой диагностике и в тематических журналах. Тем не менее совсем недавно в 2011 г. на Мальте на очередном всемирном конгрессе ФМФ один из докладов Роберто Ромеро назывался «что такое СЛАДЖ?». Вместе с тем, до сих пор нет единого мнения об истинной природе элементов этого феномена, хотя большинство врачей ультразвуковой диагностики, особенно те, которые работают в родильных домах и проводят ультразвуковые исследования беременных женщин дородовых отделений, конечно, встречались со «СЛАДЖем». Нормой считается обнаружение в околоплодных водах мелких гиперэхогенных включений в III триместре беременности, а на аппаратах с высокой разрешающей способностью и во IIтриместре [4]. Но когда мы говорим о сладже речь идет о более крупных частицах, обнаруживаемых вблизи внутреннего зева во II триместре беременности. При двигательной активности плода или движениях женщины частицы смещаются, а затем под действием силы тяжести возвращаются обратно. Этот феномен впервые был описан у женщин с угрожающими преждевременными родами с явлениями истмико-цервикальной недостаточности с различной степенью пролабирования плодного пузыря [1]. В нескольких статьях авторы утверждают, что интраамниальный сладж — это независимый фактор риска преждевременных родов, который является результатом восходящей инфекции, то есть микробной инвазии через интактные плодные оболочки. Авторы приводят гистологические доказательства этого факта: под ультразвуковым контролем была произведена аспирация элементов сладжа с последующим их изучением. По результатам исследования осадок состоял на 95% из нейтрофилов, а остальное — эпителиальные клетки с множеством грамположительных кокков. Микробиологический анализ показал, что культура околоплодных вод была позитивна на Streptococcusmutans, Mycoplasmahominis, Aspergillusflavus [3]. J. Kusanovic и соавт. [2] в 2007 г. описали сладж у женщин с отсутствием какой-либо симптоматики. Тем не менее авторы все равно рекомендуют рассматривать этот феномен как независимый фактор риска преждевременных родов, преждевременного излития околоплодных вод, проявление микробной инвазии в амниотическую полость и «гистологический» хориоамнионит. Подобная интерпретация предполагает наличие хронической интраамниотической инфекции на доклиническом уровне. Анализ публикаций по этой теме свидетельствует о том, что наиболее часто «сладж» наблюдается у женщин с укорочением шейки матки, что также является подтверждением инфекционного генеза феномена [5, 6]. Внутриматочная инфекция неизбежно приводит в укорочению шейки матки и последующим преждевременным родам. И наоборот — явления истмико-цервикальной недостаточности неинфекционного генеза (гормонального, посттравматического и др.) предрасполагают к возникновению восходящей инфекции. Также описывают частое сочетание сладжа с ретрохориальными гематомами и кровянистыми выделениями из половых путей во время беременности [7]. Появление последних уже само по себе увеличивает риск преждевременного прерывания беременности и в определенном проценте случаев обусловлено инфекционным процессом, что опять свидетельствует в пользу инфекционных причин сладжа. Но есть и другой взгляд на этот феномен. В 2010 г. были опубликованы результаты исследования сладжа у беременных со швом на шейке матки [8]. Существенных различий в неонатальных исходах между двумя группами беременных с серкляжем на шейке матки со сладж-феноменом и без него обнаружено не было, что позволило авторам этой статьи усомниться в инфекционной причине сладжа. По их мнению, истинная причина сладж-феномена до сих пор не совсем. Единственным отличием этого исследования от других было наличие шва. Остается открытым вопрос могут ли благоприятные исходы быть связаны с профилактиктическим действием самого шва, а также с проводимой антибиотикотерапией при проведении серкляжа. Есть и другие публикации о том, что сладж — это сгустки крови, меконий и феномен, связанный с врожденным ихтиозом [9-13]. Но все же преобладающим на сегодня является мнение американских коллег, которые считают сладж-феномен в амниотических водах во II триместре беременности фактором риска преждевременного излития околоплодных вод и/или преждевременных родов вследствие инфекционного процесса. Ультразвуковая картина «СЛАДЖа» типична и обычно и не представляет никаких трудностей в визуализации. Во всех публикациях приводятся аналогичные изображения. В заключении хочется указать на целесообразность отмечать наличие сладж-феномена в протоколе ультразвукового исследования с указанием возможно инфекционных причин этого явления. Это будет поводом для расширенного обследования беременных на инфекции и своевременного назначения необходимой антибактериальной терапии.»

Типология по составу

Минеральные частицы

Речной песок совместно с алюмосиликатами и другими нерастворимыми неорганическими оксидами и солями составляет большую часть взвешенных минеральных частиц. В воду частицы такого рода попадают в процессе водной или ветровой эрозии берегов и прибрежных почв, а также путём абразии берегов водоёма.

Органические частицы

Органические взвешенные частицы – это примеси, попадающие в водоёмы в результате промышленной деятельности предприятий мясной, рыбной, молочной продукции; заводов по производству различных органических веществ, например, полимеров.

Органические частицы попадают в водоёмы со сточными водами бытовых отходов. В таких стоках много микропластика – мельчайших частиц, образующихся при распаде пластмассовых изделий. Такие взвеси могут представлять опасность для природы. Дело в том, что пластиковая крошка не подвержена биодеградации, плавает на поверхности воды и в её приповерхностном слое. Из-за этого она попадает в пищевой цикл водных обитателей, становясь причиной снижения уровня их популяции, ухудшения экологической ситуации.

Смешанные

Смешанными называются взвеси, которые содержат органические и неорганические частицы. Практически все взвеси, наблюдаемые в природных водоёмах, являются смешанными.

Антропогенная деятельность тоже приводит к образованию смешанного типа стоков, например, на предприятиях целлюлозно-бумажной, нефтедобывающей, фармацевтической промышленности. Сам факт отношения взвеси к смешанному типу не является негативным, поскольку на опасность указывает не классификация взвеси, а информация о её химическом составе.

Диагностика

Обнаружить взвесь при беременности можно с помощью:

1. Аппарата ультразвуковой диагностики;
2. Амниоскопии (осмотр околоплодных вод при беременности через шейку матки специальным оптическим аппаратом-амниоскопом);
3. Амноцентеза (забор околоплодных вод чаще через переднюю брюшную стенку);
4. Во время родов при излитии околоплодных вод.

Чаще всего используют метод ультразвукового исследования (

УЗИ
)
, так как именно его проводят всем беременным.

Важно отметитьОбнаружение взвеси при УЗИ без каких-либо нарушений со стороны плода или матери не является поводом для беспокойства.

Больше всего акушеров-гинекологов волнует наличие именно мекония в околоплодных водах, если имеются признаки страдания плода, так как это позволяет судить о тяжести состояния малыша. Однако не все из этих методов одинаково хороши. С помощью УЗИ можно лишь увидеть наличие взвеси. Однако нет достоверных ультразвуковых признаков для внутриутробного определения мекония. Для обнаружения зеленых вод чаще используют амниоскопию.

С помощью специальной трубки через шейку матки, не нарушая целостности плодных оболочек, врач осматривает воды и оценивает их цвет, прозрачность. При амноцентезе производится забор околоплодных вод для исследования, что позволяет детально изучить их состав. Однако этот метод нарушает целостность защитного покрова и поэтому чаще используется только по генетическим показаниям (подозрения на врожденные аномалии).

Органолептические свойства воды и ВВ

Органолептика – анализ материала на основе восприятия его органами чувств: обонянием, осязанием, зрением, вкусом, слухом. Воде присущи органолептические свойства, определяемые этим методом.

Мутность

Степень мутности воды зависит от наличия в ней взвешенных мелкодисперсных примесей. Мутность – функция насыщенности воды этими частицами. Возможны случаи, когда менее насыщенные взвеси будут более мутными из-за типа взвешенных частиц.

Определяется данный показатель на полевых испытаниях фотометрически и/или визуально (ГОСТ 1030-81 «Вода хозяйственно-питьевого назначения. Полевые методы анализа»). При визуальном определении степени мутности воды используется пробирка стеклянная, лист тёмной бумаги и, при необходимости, источник света. Результатом такого испытания является определение градации мутности воды:

• мутность не заметна (отсутствует);
• слабая опалесценция;
• опалесценция;
• слабая мутность;
• мутность;
• сильная мутность.

Цветность

Цветностью воды называется органолептически определимое свойство природной прозрачной воды иметь какой-либо колористический оттенок из-за присутствия в её составе гуминовых веществ, оксидов железа и прочих окрашивающих соединений. Определяется цветность аналогично мутности, однако, в качестве фона используется не тёмный, а светлый лист бумаги. Цветность воды, в соответствии с ГОСТ 1030-81 имеет следующие градации:

• бесцветная;
• слабо-желтоватая;
• светло-желтая;
• желтая;
• интенсивно желтая.

Запах и привкус

Вкус воды определяется только при отсутствии подозрений об её загрязнённости. Производится этот анализ набором воды в рот и удержанием ее в течение нескольких секунд без проглатывания. По итогу, записывают данные ощущений интенсивности вкуса по пятибалльной шкале (в соответствии с ГОСТ 3351-74), учитывая характер привкуса:

• соленый;
• кислый;
• щелочной;
• металлический;
• гнилостный;
• др.

Запах воде придают летучие пахнущие вещества, присутствующие в ней изначально и попавшие вместе со стоками. Наличие запахов характерно для органических жидких соединений. Обычно для определения запаха пробу воды сначала анализируют при температуре 20℃, а затем – 60℃. Запахи субъективно разделяют на естественные (запах ила, гнилостный запах, торфяной запах, травянистый запах, плесневый или грибной запах и др.) и искусственные (запах нефтепродуктов, запах хлора, уксуса, фенола и др. органических и неорганических пахучих веществ и соединений). Интенсивность запаха может меняться от полного его отсутствия до очень сильного:

• отсутствие запаха;
• слабый запах;
• заметный запах;
• отчётливый запах;
• очень сильный запах.

Что такое взвесь?

В течение всего периода вынашивания плода его защищают околоплодные воды (амниотическая жидкость), которые также принимают участие в обмене веществ будущего малыша. В нормальном состоянии они прозрачны, стерильны и обновляются с некоторой периодичностью. В некоторых случаях они имеют желтоватый оттенок.

А когда их цвет становится красным или розоватым, то это может говорить об угрозе выкидыша на ранних сроках (до 20-й недели беременности) или об отслойке плацентарной ткани. В таких случаях беременной женщине потребуется немедленная госпитализация, задачей которой будет сохранение жизни матери и ребенка.

Загрязняют воды продукты жизнедеятельности плода (первородная смазка, лануго, клетки эпителия и пр.). Эти самые примеси и называются взвесью. Различают две разновидности таких «загрязнений»:

• мелкодисперсные (клетки, лануго, частички смазки), не являющиеся отклонением от нормы;
• крупнодисперсные (меконий), которые считаются патологическими.

Крупнодисперсные взвеси в околоплодных водах встречаются в 10% случаев вынашивания плода и лишь в 40% из них означают переношенность плода. Врачи до сих пор спорят о причинах возникновения таких примесей. Одни утверждают, что крупнодисперсные взвеси появляются в результате первородного голодания плода, а другие, напротив, считают, что между этой патологией и меконием нет никакой связи.

Мелкодисперсная взвесь в околоплодных водах в большинстве случаев появляется уже перед самими родами и не несет никакого вреда. Поэтому и профилактические меры для ее устранения уже не используются.

Помимо мелкодисперсной (гиперэхогенной) и крупнодисперсной взвеси, в амниотической жидкости может в чрезмерном количестве присутствовать белок. Но этот фактор скорее можно отнести к индивидуальным особенностям организма. Он не несет абсолютно никакой опасности для здоровья матери и ребенка.

Опасность и польза взвешенных веществ

Взвешенные вещества могут не иметь губительных свойств, а некоторые из них могут быть даже полезны. Пример пользы взвесей – сапропель. Как и обычный ил он является донным отложением, однако, в соединении с природными органическими веществами – гумусом, битумами – обладает полезными для человека свойствами. Именно сапропель называют лечебной грязью. Помимо медицинского применения, его также используют в сельском хозяйстве для удобрения аграрных культур и для подкормки животных. Сапропель – качественная минеральная добавка богатая на соли кальция, железа и фосфора.

Опасность взвешенных веществ зависит от состава этих частиц. Например, микрочастицы пластика – серьёзная экологическая проблема из-за отсутствия биологических путей деградации таких частиц. Минеральные взвеси опасны, если загрязнённая ими вода используется в пищу.

Нормы содержания в водах и ПДК

Нормы содержания взвешенных веществ в различных типах воды (питьевой, питательной для котлов, воды для инъекций, вод промышленного и хозяйственного назначения) регулируются широким спектром нормативно-технических документов, таких как СанПИН 2.1.4 «Питьевая вода», ГОСТ-6709-96 «Нормы качества дистиллированной воды», приказ Минсельхоза России от 13.12.2016 N 552 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного назначения» и др.

Реки

Качество вод в реках регулируется в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования». Если река имеет рыбохозяйственное значение, то в соответствии с приказом Минсельхоза России от 13.12.2016 N 552 для вод первой и высшей категории допустимо наличие 0,25 мг/дм3 взвешенных веществ, а для вод второй категории – до 0,75 мг/дм3.

Сточные воды канализации

Качество сточных вод регулируется в соответствии с рядом документов. Тем не менее, в постановлении Правительства РФ от 29.07.2013 N 644 «Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации», для сточных вод допустимой считается концентрация взвешенных веществ в 300 мг/дм3. В зависимости от состава сбрасываемых веществ и водоёма, куда они попадают, этот норматив может изменяться. Для его уточнения следует обращаться к соответствующей документации.

Промышленные стоки

Для промышленных стоков действуют те же правила, что и для сточных вод канализации, однако, следует учитывать регион, где осуществляется сброс промышленных стоков. Так, например, для промышленных предприятий г. Москва допустимо иметь до 500 мг/дм3 взвешенных веществ в стоках, когда как для г. Ярославль это значение будет установлено на отметке 103 мг/дм3.

Когда она появляется?

Возникновение примесей в околоплодной жидкости медики фиксируют на 32–34 неделе беременности — это оптимальный и составляющий норму срок их появления. Хотя первые свободно плавающие частицы в амниотической жидкости можно обнаружить еще в конце первого триместра. И это тоже нормально.

Интересующий нас период — 14–26 недели беременности. То есть, второй и третий триместр полностью. Если взвесь в околоплодных водах появилась в этот отрезок времени, что это значит?

Характеризуя взвесь в этот период, нужно четко понимать, что примесь примеси рознь. Единичные частицы, обнаруживаемые в околоплодных водах в начале второго триместра, называют мелкодисперсной взвесью и рассматривают как норму, не нарушающую жизнедеятельности плода.

Иногда взвесь просто путают с излишками белка. Не единичны случаи, когда амниотическая жидкость мутнела только по причине высокой концентрации белковых веществ в ее составе. После амниотомического исследования таких индивидуальных проявлений даже довольно мутная околоплодная жидкость отклонений от нормы не показывала.

Нормативы платы за сброс ВВ

Нормативы платы за сброс взвешенных веществ определяется в соответствии с постановлением правительства РФ от 13.09.2016 N 913 «О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах». В соответствии с этим документом, нормы платы за сброс взвешенных веществ составляют от 937 до 977,2 р/тонна, а ставка платы зависит от коэффициента, определяемого как обратная сумма допустимого увеличения содержания ВВ при сбросе сточных вод к его фоновому показателю по содержанию ВВ.

Причины образования примесей в околоплодных водах

Основные причины появления «лишнего» в амниотической жидкости выглядят следующим образом:

• наличие в организме женщины воспалительных процессов (взвесь до 20 недели беременности нередко указывает на уреаплазмоз);
• ослабление иммунной системы, в результате которого снижается способность противостоять вирусам;
• индивидуальные особенности организма (при белковой взвеси);
• состояние малыша перед родами, в особенности при перенашивании (вариант нормы);
• отслоение плаценты (при красном оттенке околоплодных вод).

Определение концентрации ВВ

Методики измерения

Основной метод анализа – гравиметрический. Суть подхода состоит в очистке пробы воды через фильтры с их дальнейшим высушиванием до постоянной массы при определённой температуре. Более подробно об этом в РД 52.24.468-2005 «Взвешенные вещества и общее содержание примесей в водах. Методика выполнения измерений массовой концентрации гравиметрическим методом» и ПНД Ф 14.1:2:4:254-2009 «Методика измерений массовых концентраций взвешенных веществ и прокаленных взвешенных веществ в пробах питьевых, природных и сточных вод гравиметрическим методом».

Обзор приборов и средств измерения

Для измерения количества взвешенных веществ в пробе воды используются:

• Лабораторные весы (ГОСТ Р 53228)
• Мерные цилиндры (ГОСТ 1770)
• Механические часы (ГОСТ 3145)
• Воронки лабораторные (ГОСТ 25336)
• Стаканы и стаканчики (ГОСТ 25336)
• Чашки биологические (чашки Петри) (ГОСТ 25336)
• Эксикатор (ГОСТ 25336)
• Пинцет, шпатель (ГОСТ 21241 и ГОСТ 9147)
• Сушильный шкаф и/или тигель (ТУ 64-1-909-80)
• Электроплитка с регулируемой мощностью нагрева (ГОСТ 14919)
• Прибор вакуумного фильтрования (ТУ 3616-001-32953279).

Как и для других видов лабораторных измерений, все приборы и средства измерения должны быть проверены и соответствовать условиям соответствующих ГОСТов.

Условия измерения

Для выполнения измерений в лаборатории следует соблюдать условия, соответствующие требованиям нормативно-технической документации (например, ПНД Ф 14.1:2:4.254-09), а именно:

• Температура окружающего воздуха от 16 до 28℃
• Атмосферное давление от 84 до 106 кПа
• Относительная влажность не более 80% при температуре 25℃
• Частота переменного тока 50±1 Гц
• Напряжение в сети 220±22 В

Квалификация оператора

Как и многие другие методы хим. анализа вод, анализ на содержание взвешенных веществ должны проводить лица с квалификацией техника-химика или лаборанта-химика, ознакомленные с техникой гравиметрического анализа.

Расчет результата

Массовую концентрацию взвешенных веществ в пробе Х (мг/дм3) определяют по формуле: ; где mф0 – масса бюкса с мембранным или бумажным фильтром с осадком взвешенных веществ после сушки или прокаливания (в зависимости от выбранного определяемого показателя), г; mф – масса бюкса с мембранным или бумажным фильтром без осадка, г; V – объем профильтрованной пробы, дм3.

При вероятности P = 0,95 статобработка полученных результатов испытаний воспроизводится по стандартной методике с учётом значений пределов воспроизводимости, приведённых в табл. 1.

Таблица 1. Значения пределов воспроизводимости и повторяемости при Р = 0,95

Способы очистки вод от ВВ

Для очистки вод от взвешенных веществ используют механические и химические методы. К механическим относят: процеживание, отстаивание, центрифугирование и фильтрование. К химическим – коагуляцию и флотацию.

Отстаивание

Отстаивание – самый популярный метод очистки вод. Так сложилось благодаря простоте метода. Основан этот метод на явлении седиментации – выпадения в осадок частиц плотнее воды. Тем не менее, такой способ ограничен по сфере применения, поскольку многие загрязняющие вещества, склонные к образованию взвесей, имеют плотность меньше воды. Так, например, полиэтилен низкого давления, из которого изготавливают крышки для пластиковых бутылок, имеет плотность около 0,95 г/см3. Именно это свойство позволяет собирать крышки отдельно от тары (они всплывают) в процессах вторичной переработки пластиковых бутылок.

Фильтрование

Фильтрование – второй по популярности способ очистки воды от взвешенных веществ, несмотря на заметные эксплуатационные и энергетические затраты. Фильтрация – весьма эффективный способ удаления взвешенных частиц. Особенно, если правильно подобрать материал фильтра.

Поиск новых материалов для фильтров является крайне перспективным и активно развивающимся направлением науки и техники.

Флотация и коагуляция – химические методы очистки воды от ВВ

Процессы флотации и коагуляции относят к химическим методам очистки вод. Оба метода используют коллоидные процессы для удаления взвешенных веществ. Коагуляцию используют для очистки грязной воды в пригодную для питья.

Метод флотации основан на гидрофильных/гидрофобных свойствах материалов. При том или ином подходе, процесс происходит различным образом, однако, можно выделить общий принцип – взвешенные частицы прикрепляются к поверхности раздела фаз (газ-жидкость, жидкость-жидкость) и таким образом отфильтровываются из массы воды. Наиболее широкое применение нашли такие методы флотации, как:

1. Масляная флотация. Суть – в перемешивании масел с водой. Некоторые типы ВВ при смачивании маслом всплывают на поверхность воды, где их удаляют.
2. Плёночная флотация. Метод опирается на свойство гидрофобных частиц держаться на поверхности воды, а гидрофильных – тонуть.
3. Пенная флотация. Процесс основывается на способности ВВ собираться на поверхности раздела фаз. Сквозь массу фильтруемой воды пропускается воздух, выносящий ВВ на её поверхность. Для упрощения процесса, в фильтруемую воду могут добавляться пенообразователи, для стабилизации границ раздела фаз.

Коагуляция – это химический процесс уменьшения степени дисперсности и числа частиц для системы, происходящий за счёт слипания меньших частиц в более крупные агрегаты. В процессе такого слипания размер частицы взвешенного вещества увеличиваются в размерах и, как следствие, происходит седиментация (осаждение) дисперсной фазы системы. Очистка вод может производиться с использованием различных коагулянтов, например, полимерных, чьё преимущество в крайне быстрой седиментации ВВ.