CC BY
11
тору. Когда прибор полностью собран, резервуар заливают жи-рорастворителем, после чего открывают кран резервуара и при открытом боковом кране экстрактора заливают жирорастворителем патроны с пробами пищи. Через I1/2—2 ч открывают кран и выпускают жирорастворитель с извлеченными из проб пищи жирами в приемник. Повторив экстракцию проб пищи 3—5 раз в зависимости от вида пищи, по разности веса патронов с пробами до и после экстракции определяют содержание жиров в каждой пробе. Полноту экстракции жира проверяют на фильтровальной бумаге. Если после испарения эфира, нанесенного на нее из последней порции вытекающего из экстрактора эфира, не остается жирного пятна, экстракцию можно считать законченной.
При проведении сравнительного определения содержания жира в готовых первых и вторых блюдах установлено, что при пользовании предлагаемым прибором жиры извлекаются из проб пищи в таких же количествах, как и с помощью прибора Сокслета.
Поскольку предлагаемый прибор имеет более простую конструкцию по сравнению с его прототипом, проще в обращении, не требует ни нагревания, ни присоединения к водопроводу, а также не нуждается в постоянном наблюдении за процессом экстракции, он может быть рекомендован для широкого внедрения в практику работы всех пищевых лабораторий. Изготовить прибор легко в любой стеклодувной лаборатории.
ЛИТЕРАТУРА. Бурштейн А. И. Методы исследования пищевых продуктов. Киев, 1963.
Поступила 3/11 1977 г.
Обзоры
УДК 614.31:613.31:66-011.56(047>
Доктор мед. наук Ю. В. Новиков, канд. мед. наук М. М Сайфутдинов К ВОПРОСУ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ ВОДОЕМОВ
Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Среди мер, принимаемых по охране водоемов от загрязнения, важное место занимает контроль за качеством воды, однако изучение загрязненности водоемов, основанное на отборе проб воды и исследовании их в лабораториях, является трудоемким процессом.
В условиях интенсивного загрязнения водоемов необходимо изыскание более действенных средств контроля качества воды и способов его регулирования. К таким средствам в первую очередь относится автоматизация контроля качества воды. Контроль, осуществляемый с помощью автоматических приборов, несомненно, будет способствовать более быстрому принятию решений и проведению мероприятий по устранению неблагоприятных воздействий на источники водоснабжения населения.
Автоматизация контроля качества в настоящее время проводится по двум следующим направлениям: прямое измерение концентрации загрязнений с помощью определенных датчиков с их преобразованием в виде электрического сигнала и автоматизация уже известных методов анализа воды.
По своему назначению приборы автоматизированного контроля качества воды подразделяются на применяемые в стационарных лабораториях, полевых условиях и передвижных лабораториях.
Переносные приборы предназначены в основном для получения экспресс-информации о состоянии отдельных участков реки, озера, водохранилища в полевых условиях, с борта лодки, берега водоема, береговых сооружений. Полученные данные позволяют принять быстрые решения с целью проведения мероприятий по устранению неблагоприятных воздействий на контролируемый район водопользования.
Из серии приборов автоматического контроля качества воды за рубежом представляют интерес приборы японской фирмы «Хориба» (Г. Г. Мир-забеков). Прибор марки и-7 предназначен для определения пяти параметров качества воды: рН, температуры, количества растворенного кислорода, электропроводности и мутности, снабжен датчиками и усилителем. Для измерения рН применяется стеклянный электрод, для выявления растворенного кислорода — гальванический датчик, для определения электропроводности — 4 электрода, мутность рассчитывают по отношению количества проникающего и рассеянного света. Прибор портативен, весит 600 г.-Автоматы-мониторы «СОДА-12» и «СОДА-23» позволяют определять ХПК для различных вод с диапазоном измерения 0—20, 0—50, 0—100, 0—200, 0—500, 0—1000 и 0—2000 ррт. Автомат-монитор «Уага-22» автоматически регистрирует рН, объем растворенного кислорода, электрическую проводимость, мутность, окислительно-восстановительный потенциал и температуру воды.
Автоматический измеритель биохимического потребления кислорода (БПК) фирмы «Органо» (Япония) записывает динамику значения БПК непрерывно в течение 5 сут. Принцип действия измерителя состоит в следующем: при непрерывном перемешивании магнитным смесителем исследуемой пробы воды, помещенной в сосуд герметически закрытой системы аппарата, органические вещества, содержащиеся в пробе, разлагаются, микроорганизмы потребляют растворенный кислород, а выделяемая при разложении органических веществ двуокись углерода поглощается адсорбентом. С уменьшением количества растворенного кислорода в пробе растворяется кислород воздуха, находящийся в верхней части сосуда. В результате понижается парциальное давление в сосуде. Его снижение регистрируется манометром, вместе с ним срабатывает реле, начинается выделение кислорода в электролитическом сосуде и происходит подача кислорода, необходимого для разложения органических веществ. Одновременно с восстановлением давления вследствие подачи кислорода прекращается и электролиз. Количество кислорода, потребляемого микроорганизмами при разложении органических веществ, равно полученному путем электролиза и пропорционально количеству электричества (принцип кулономет-рии). Полученное количество электричества пропорционально объему израсходованного кислорода, оно записывается самописцем в милливольтах. Диапазон измерений прибора находится в пределах 0, 50, 100, 500 и 1000 ррт.
В нашей стране разработкой приборов автоматического контроля качества воды занимается ряд научно-исследовательских институтов и специальных конструкторских бюро. Разработаны и внедрены такие приборы, как рН-метры, кондуктометры, автоматические титровальные аппараты, приборы для измерения растворенного кислорода, БПК, взвешенных веществ, нефтепродуктов, фенолов, окислительно-восстановительного потенциала, свободного фтора, озона, концентрации цианидов, шестивалентного хрома и др. Многие из этих приборов выполнены как переносные и позволяют производить измерения в полевых условиях с погружением на глубину водоема до Юм. Ниже приводится характеристика некоторых приборов автоматического контроля качества воды, которые представляют интерес для санитарной службы.
Измерители электропроводности, взвешенных веществ, рН, концентрации водородных ионов (еН) и кислорода СКБ «Агроприбор» выполнены в виде самостоятельных блоков, при этом каждый из них, кроме измери-
теля взвешенных частиц, содержит измерители температуры и глубины погружения, а измеритель взвешенных частиц — только глубокомер.
Переносный прибор типа рН-110 предназначен для измерения pH, еН и температуры в поверхностных и сточных водах на глубине до 10 м.
Измеритель парциального давления кислорода (ИПДК), предназначенный для работы в лабораторных условиях, производит определение от 0 до 30 мг/л.
Измеритель растворенного кислорода ЭГ-152-003 — автоматический, стационарный, непрерывно действующий, регистрирующий и показывающий прибор для измерения содержания кислорода. Переносный ионо-метр И-102 предназначен для измерения одно- и двухвалентных ионов в водных растворах (Н+, Na+, К+, Ag+, S~, SN, С1~, Вг_, S—), а также для определения окислительно-восстановительного потенциала. Эти же показатели подсчитывает потенциометрический ионометр И-105.
Содержание фтора в воде определяется прибором АФ-297, основанным на колориметрическом методе. Автоматический потенциометрический кон-центратометр АПК-01М1 предназначен для непрерывного автоматического измерения содержания остаточного хлора в питьевой воде. Фторио-нометр ФМ-VI производит автоматическое непрерывное определение активной концентрации ионов фтора в питьевых фторированных и дефто-рированных водах и представляет собой стационарный прибор с диапазоном измерения 0,2—5 мг/л.
Концентратометр КОХ-1—стационарный прибор с диапазоном измерений 0—1,5, 0—3 и 0—б мг/л, выполняющий непрерывный контроль и регистрацию остаточного активного хлора в питьевой воде без применения реагентов.
Атомно-абсорбционный спектрофотометр С-112 позволяет измерить содержание большого количества химических элементов в концентрациях, определение которых другими методами затруднительно или практически неосуществимо (в сточных и поверхностных водах, почвах, растениях и др.).
Лабораторный прибор ЛМ-110 предназначен для контроля мутности исходной и питьевой воды в процессе ее обработки. Пределы измерения при цветности от 0 до 300° платино-кобальтовой шкалы 0,05—10, 0,5—50, 1—100 и 1—300 мг/л. Прибор работает по принципу сравнения двух световых потоков, прошедших через контролируемую воду: без изменения направления и рассеянного ею под некоторым углом. Оба световых потока регистрируются фотоприемниками. Сигнал, пропорциональный содержанию взвешенных веществ, после усиления измеряется микроамперметром.
Метод автоматического определения ВПК заключается в использовании электрохимических анализаторов, непрерывно регистрирующих содержание кислорода, оставшегося в пробе анализируемой воды. Разность концентраций растворенного кислорода в начале и конце анализа является величиной ВПК.
Переносный фотоколориметр обеспечивает определение нитритов, нитратов, аммиака, сульфатов, сульфидов, хлоридов, меди в воде.
Автоматический контроль содержания цианидов в сточной воде проводится с помощью прибора СЦ-1 с порогом чувствительности 0.05 мг/л. Действие прибора основано на потенциометрическом методе. На этом же принципе работает прибор СХ-1 по определению содержания хрома в сточных водах. Порог чувствительности равен 0,05 мг/л.
Прибор ЛИКА-71 предназначен для определения суммарного количества нефтепродуктов в сточных водах, пределы измерения от 5 до 1000 мг/л. Работа прибора основана на экстракционно-фотометрическом методе. Экстракция нефтепродуктов из анализируемого объема сточных вод производится четыреххлористым углеродом. Количество нефтепродуктов измеряется в инфракрасной области спектра на длине волны 3,417 мкм (2926 см"1).
Прибор ПН-1 служит для выявления нефти и нефтепродуктов, находящихся в питьевой воде, воде открытых водоемов и сточных водах, после экстрагирования их растворителями, а также для исследования пищевых продуктов. В нем использован принцип визуального люминесцентного анализа. Под воздействием ультрафиолетовых лучей экстрагированные из воды нефтепродукты светятся, интенсивность свечения зависит от количества веществ в пробе. Определение его осуществляется путем сравнения интенсивности свечения исследуемого экстракта и заранее приготовленных растворов, которые содержат определенное количество веществ (нефтепродуктов). Длительность исследований 1—3 мин.
Ведется разработка прибора для измерения органических веществ по органическому углероду (Г. А. Симонян). Принцип действия прибора основан на быстром сжигании органических веществ, находящихся в воде при 900—1000°С, и последующем анализе продуктов сжигания. Поскольку в воде присутствуют растворенная двуокись углерода и неорганические карбонаты, производится их дожигание при 150—200°С, и выделяется двуокись углерода, в том числе и от разложения неорганических карбонатов. Разность между результатами двух сжиганий при двух температурах служит показателем содержания органического углерода в воде. Диапазон измерения прибора от 0 до 100 мг/л.
Большое применение приборы автоматического контроля качества воды находят в автоматизированных системах управления водоохранных комплексов (АСУ ВК), разработанных за последние годы в нашей стране и за рубежом (В. Р. Лозанский и В. П. Белогуров; Ю. А. Коваль и соавт.; В. М. Скляров, и др.).
В зарубежных странах автоматические станции именуются «мониторами». В их состав включена аппаратура для автоматического отбора проб воды (насосная система), измерения различных показателей (блок датчиков), обработки получаемой информации (преобразовательная часть, система для передачи информации). Такие системы станций действуют на некоторых водоемах США, Англии, ФРГ, Японии, Польши, Венгрии, ГДР, Чехословакии и других стран.
В США используются в основном автоанализаторы фирм «Техникон», «Ханиуэлл», «Бэкман». В бассейне реки Огайо, которая охватывает 19 притоков с площадью водосброса около 4 млн. км2, действует более 10 стационарных автоматических контрольных станций (Cleary). Автоанализаторами этих станций производится измерение температуры в диапазоне от 0 до 50°С, электропроводности от 0 до 2400 мОм/см, растворенного кислорода от 0 до 12 мг 02 на 1 л, рН от 2 до 12, окислительно-восстановительного потенциала от 0 до 1200 мВ, хлоридов от 0 до 600 мг/л.
Аналогичные исследования воды проводятся автоматическими станциями, установленными на некоторых водоемах Англии и других зарубежных стран. Автоматические станции производства фирм «Ханиуэлл» и «Бэкман» испытывались в Польше для исследования воды рек Одры и Вислы; в Венгрии на канале Надор действует станция фирмы «Ханиуэлл» (Е. К. Стрижак).
В настоящее время продолжаются разработки автоматических станций контроля качества воды водоемов и в других странах: в Чехословакии разработана автоматическая станция типа «Найда», в Венгрии автоматическая станция создана Научно-исследовательским институтом водного хозяйства Витуки; в ГДР такие станции уже внедрены на реках Саале, Эльбе и Боде; в Польше начато конструирование отечественной аппаратуры для исследования качества речной воды (А. М. Румянцев).
Разработанная в нашей стране автоматическая станция контроля качества поверхностных вод предназначена для измерения температуры, уровня воды, определения концентрации растворенного кислорода, рН, еН, электропроводности и концентрации взвешенных частиц (Г. А. Симонян). Станция производит отбор и хранение проб воды для дальнейшего
анализа в лабораторных условиях. Измерительная часть ее размещена в двух шкафах: в одном находятся первичные преобразователи, пробоот-борное устройство и гидравлическая система трубопроводов, в другом — вторичные нормирующие преобразователи и остальная электрическая часть. Для проведения измерений вода из водоема погружным центробежным насосом подается к блоку чувствительных элементов. Система трубопроводов обеспечивает подачу воды в измерительные ячейки для определения температуры, рН, еН, электропроводности, растворенного кислорода. По трубопроводу вода подводится также к датчику количества взвешенных веществ и пробоотборному устройству. Системой трубопроводов осуществляется слив воды из измерительных ячеек. Для измерения величин рН и еН в чувствительных элементах применяются стеклянный электрод и тонкослойный платиновый электрод в паре с хлорсеребряными электродами. Для измерения содержания растворенного кислорода выбран амперометрический метод анализа с использованием платинового катода и серебряного анода, находящихся под напряжением 0,7 В, помещенных в раствор 0,7 н. хлористого калия и отделенных от контролируемой среды газопроницаемой пленкой. Принцип действия этого прибора основан на определении напряжения на эталонном регистре, включенном последовательно с чувствительным элементом. Температура измеряется платиновым термометром сопротивления. По принципу работы датчик для измерения взвешенных частиц относится к нефелометрам с одноканаль-ной оптической схемой. Деятельность датчика для измерения уровня воды основана на манометрическом методе.
В нашей стране АСУ ВК состоят из управляющих звеньев (регуляторов), автоматических станций контроля речных (КР) и сточных (КС) вод, мобильных групп для выполнения оперативных анализов и диспетчерских пунктов. Связь между звеньями осуществляется с помощью систем телемеханики (В. Р. Лозанский и В. П. Белогуров).
Главная задача АСУ ВК направлена на получение быстрой информации в большом объеме показателей и регулирование качества воды водоемов в местах водопользования в соответствии с нормативами, регламентируемыми «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» (1974).
Поддержание требуемого качества воды в водоемах возможно осуществить регулированием расхода сточных вод путем изменения режима опорожнения накопителей очищенных сточных вод, регулированием расхода речной воды, изменением режима попусков из водохранилищ и регулированием состава сточных вод путем изменения режима работы очистных сооружений и кислородного режима водного объекта искусственной аэрацией.
Первая часть АСУ В К, разработанная под руководством Всесоюзного научно-исследовательского института по охране вод, состоит из 8 станций контроля речной воды, 6 станций контроля сточных вод, 5 местных диспетчерских пунктов и центрального диспетчерского пункта. Станции контроля речной воды и сточных вод служат для автоматического отбора проб, их хранения в течение суток и текущего измерения показателей качества воды, расхода и состава сточных вод (А. Аманназаров). Станции оборудуются установками автоматических пробоотборников для непрерывного отбора проб контролируемой воды, хранения в течение некоторого времени и последующего слива. Такая система дает возможность в любое время иметь набор проб за прошедшие сутки, который можно использовать для периодической проверки работы станции. Станции оборудуются также средствами телемеханики для передачи информации и приема команд с диспетчерских пунктов.
Местные диспетчерские пункты (МДП) осуществляют сбор информации со связанных с ними станций контроля сточных вод и передачу этой информации в центральный диспетчерский пункт (ЦДП). МДП находятся
на территории промышленных предприятий и обслуживаются их персоналом. В ЦДП собирается вся информация от станций и МДП. После проверки достоверности она передается на обработку в вычислительный комплекс. Полученные результаты используются для прогнозирования и принятия решений.
АСУ ВК на реке Северном Донце включает четыре локальных регулятора: один для регулирования режима работы Печенежского водохранилища и три — для регулирования расхода сточных вод из накопителей Славсоды и Лессоды. Кроме того, в состав АСУ В К входят ПДП, КР, КС и вычислительный комплекс АСВТ М-6000 (В. Р. Лозанский и В. П. Бело-гуров). Станции контроля речной воды позволяют автоматически измерять 13 показателей: уровень воды, температуру, электропроводность, рН, еН, растворенный кислород, солнечную радиацию, мутность, медь, железо, аммиак, фенол, фосфаты. На станциях контроля сточных вод можно автоматически измерять 7 показателей: расход и температуру воды, растворенный кислород, рН, электропроводность, мутность, аммиак.
В бассейне реки Москвы на базе Центральной высотной гидрометеорологической обсерватории создана АСУ ВК, которая включает автоматические станции контроля речной воды, подвижные рабочие группы, гидрохимическую лабораторию, ЦДП и вычислительный комплекс АСВТ М-6000 (В. М. Скляров)^. В комплекс изучаемых системой показателей входит определение расхода и температура воды, растворенного ку^лорода, еН, электропроводности, взвешенных веществ (мутности), окислительно восстановительного потенциала, тяжелых металлов (меди) и сульфид-ионов. Планируется начать измерение хрома, железа и др. (до 15 важных показателей). Подвижные рабочие группы и гидрохимическая лаборатория выявляют источники обнаруженного автоматическими станциями повышения загрязнения и предоставляют дополнительную информацию о загрязнении реки. Этими же группами один раз в 5—10 дней определяются также пестициды, нефтепродукты, СПАВ, фенолы, минеральные формы азота, фосфаты, фториды, органический углерод. Частота указанных определений может быть увеличена в зависимости от аварийных ситуаций (залповые сбросы и др.). Вся информация передается в ЦДП и затем на обработку в вычислительный комплекс. Полученные результаты поступают к заинтересованным организациям. В перспективе планируется расширение системы и увеличение объема выполняемых работ.
Таким образом, в нашей стране и за рубежом достаточно широко осуществляется разработка автоматических приборов контроля качества воды. Применение их позволяет получить быстро и в большом количестве информацию о качественном состоянии поверхностных и сточных вод. Наибольшее значение приобретает использование автоматических приборов в автоматизированных системах управления качеством поверхностных водоемов.
ЛИТЕРАТУРА. Аман Назаров А. — «Приборы и системы управления», 1976, №6, с. 54—56. — Коваль Ю. А., Моисеев Э. В., Сахаров А. А. — «Пробл. охраны вод», 1975. № 6, с. 189—194. — Лозанский В. Р., Б ел о г у -ров В. П. — Там же, 1973, №3, с. 71—75. — М и р з а б е к о в Г. Г. — «Механизация и автоматизация производства», 1976, №3, с. 53—56. — Ру мянецев А. М. Комплексное использование водных ресурсов в социалистических странах. М., 1975. — С и м о н я н Г. А. — «Приборы и системы управления», 1976, № 2, с. £8—60. — Скляров В. М. —«Метеорол. гидрол.», 1976, № 5, с. 97—99. —Стрижак Е. К- — «Гиг. и сан.», 1972, № 11, с. 89—92. — С 1 е а г у Е. J. — «Air Water Pollut.», 1963, v. 7, p. 331.
Поступила 3/11 1977 г»
3 Гигиена и санитария № 10
65
