Поверхневі води

Поверхневий стік є основним джерелом виходу розчинених речовин з району водозбору. Величину втрат елементів можна розрахувати на основі вимірювання вмісту ЗР в поверхневих водах в місцях стоку і аналізу їх концентрації у водотоку чи водоймі.

Для розрахунків запасів ЗР в районі водозбору треба визначити величину стоку. Найкращим є закладання на водотоку постійних водозливних гребель з встановленими каскадно пристроями, безперервно реєструючими висоту стоку. В тому випадку, коли це неможливо, щоденне середнє значення одержують за допомогою вимірювання профілю каналу стоку і розрахунку витрат води. В період великого стоку вимірювання треба проводити щогодини.

Відбір проб вод поверхневого стоку треба здійснювати поблизу від реєструючого пристрою. Якщо є гребля, відбір проб проводиться на деякій віддалі від неї через ризик хімічного забруднення проб матеріалом водозливної греблі. Якщо ж водозливна гребля відсутня, відбір проб треба проводити на глибині, достатній для того, щоб запобігти їх забрудненню поверхневим матеріалом або донними відкладеннями. Проби відбираються батометром на глибині 1–50 см таким чином, щоб запобігти забруднення.

Відбір проб вод поверхневого стоку проводиться щонайменше один раз на місяць з урахуванням отримання середньозважених значень контрольованих речовин.

Відбір проб в озерах проводиться на глибині 0, 5 м (або 1 м), 3 м, 5 м, на половинній відстані до дна і на відстані 1 м від дна.

Відбір проб озерних вод треба проводити 2–6 разів на рік.

Для відбору проб необхідно застосовувати батометри циліндричної форми з тефлону, поліпропилену чи поліетилену.

Для аналізу важких металів у водах поверхневого стоку і озерах повинні бути відібрані спеціальні проби в промитих кислотним розчином посудинах. Для цих проб рекомендується безпосередньо перед аналізом підкислення і фільтрація.

Для проб, що використовуються для аналізу вуглецю і ртуті, рекомендується застосовувати скляні посудини.

Перед застосуванням посудини треба старанно прополоскати деіонізованою водою, а все інше пробовідбірне обладнання повинно бути оброблене в розбавленій кислоті за два дні до застосування і зберігатись в пластикових мішках.

Всі проби води рекомендуєтся відфільтрувати, однак, оскільки ця операція в той же час є джерелом забруднення, фільтрацію можна опустити для проб поверхневих вод природного походження. Для деяких аналітичних методів фільтрація є частиною процедури (аналіз вуглецю). Фільтри, коли вони використовуються, повинні мати мембрану товщиною 0, 40–0, 45 мкм (Whatman 42 чи GFC) і бути оброблені деіонізованою водою перед застосуванням.

Термін перевезення і зберігання проб між відбором проб і їх аналізом повинен бути мінімальним, наприклад, для аналізу кислотності і сполук азоту цей період складає максимум один день.

Для запобігання хімічних змін, обумовлених життєдіяльністю мікробів, пробовідбірні посудини перевозяться в пластикових мішках, захищених від сонячних променів і переважно в охолоджувальних ящиках.

Пробовідбірні посудини до аналізу зберігаються в темному і холодному місці (при температурі 4⁰C).

Нормативні об'єми проб для аналізу води складають 25 мл (для аналізу алюмінію, сполук азоту, заліза) чи 50 мл (для аналізу інших сполук). Для аналізу заліза, алюмінію і марганцю як консервант використовується сірчана або азотна кислота. Для аналізу ртуті треба застосовувати як консервант 5 мл HNO S₁₃+ K S₁₂ CR S₁₂ O S₁₇ на 100 мл.

Аналітичні методи

Перевагу треба віддавати стандартним аналітичним методам, наприклад, методу ААС в полум'ї (в графітовій печі для аналізу металів) і емісійній спектрометрії з використанням методу індуктивно зв'язаної плазми (ІЗП) чи методу ІЗП–МС, зокрема:

– наявність сірки, фосфору і вуглецю аналізується за допомогою автоматичного обладнання, чи за допомогою спектрометрії або ж іонної хроматографії;

– визначення рухливого алюмінію може бути проведене пірокатехолфіолетовим методом з аналізом нагнічуваного потоку (FIA);

– кислотно–лужний показник (pH) завжди аналізується електрометричним методом.

Контрольованими параметрами є:

– поверхневий сток (л/с · км²);

– pH (з точністю до двох десяткових цифр);

– питома електропровідність (мСм/м; з точністю до однієї десяткової цифри);

– натрій (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– калій (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– кальцій (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– магній (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– загальний алюміній (мкг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– рухомий алюміній (мкг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– азот аміака (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– азот нітрата (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– лужність (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– хлорид (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– сірка сульфата (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);

– фосфор фосфата (мкг/л);

– загальний фосфор (мкг/л);

– розчинний органічний вуглець (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);

– ртуть (мкг/л; з точністю до трьох десяткових цифр);

– кремній (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);

– номер кольору (Pt мг/л);

– температура (⁰C; з точністю до однієї десяткової цифри).

Грунти

Для відбору проб грунту на полігоні треба окреслити один представничий пробний майданчик (20´ 20м – 40´ 40м), причому його розміри залежать від неоднорідності грунту. Цей грунтовий майданчик повинен бути розташований поблизу майданчика для дослідження рослинності, але не збігатись з ним по території. Мережа місць відбору проб для грунту повинна мати систематичний характер і охоплювати весь грунтовий майданчик. Наприклад, пробний майданчик розміром 40´ 40 м може бути розділений на підмайданчики розміром 10´ 10 м, які далі розділені на місця пробовідбору розмірами 1´ 1 м. Для відбору проб використовують 16 місць пробовідбору, які представляють весь грунтовий майданчик, тобто по одному місцю розмірами 1´ 1 м S0₂ із кожного підмайданчика розмірами 10´ 10м.

Відбір проб з органічного горизонту грунту здійснюється сталевим буром чи циліндром відповідного діаметру для відбору гумусу. При цьому треба зареєструвати товщину шару гумусу в пробі, щоб далі можна було оцінити його об'ємну щільність.

Проби мінерального горизонту грунту треба відбирати з урахуванням більшої частини грунтового профілю на рівні шарів грунту 0–5, 5–20, 20–40 і 60–80 см. Для того, щоб руйнування шару грунту були мінімальними, треба користуватися грунтовим буравом.

Проби торфу треба відбирати на глибині 0–5, 5–20 і 20–40 см об'ємометричним способом за допомогою керноподібного пробовідбірника, який, наприклад, має наступні розміри: довжина – 50 см, площа перетину – 5´ 5см. Загальне описання торфу, включаючи ступінь його гуміфікації, вид торфу і т.п., здійснюється виходячи з профілю, взятого в одній представничій точці поблизу майданчика.

Проби грунту зберігаються в пластикових мішках в сухому і холодному місці (при температурі 4⁰C) доти, поки їх можна буде висушити.

Попередня обробка проби: висушити грунт при температурі 40⁰C до одержання постійної ваги. Просіяти проби ситом з размірами вічок 2 мм (4 мм для проб органічного шару грунту). Після просіювання проби органічного шару грунту (шару гумусу і торфу) повинні бути розмелені до дрібного порошку. До аналізу проби треба зберігати в темному і холодному місці.

Аналітичні методи

Для виконання аналізів грунт повинен бути оброблений повітряною сушкою (при температурі 40⁰C) або висушеним в печі (при температурі 105⁰C).

1) Вимірювання pH здійснюється потенціометричним методом з використанням попередньо розчиненого грунту у ваговому співвідношенні 1: 5 (для проб органічного шару грунту це співвідношення складає 1: 20) як для екстрагування дистильованою водою, так і для екстрагування солями (0, 01М розчин CaCl S₁₂, 1М розчин KCl чи 0, 1М розчин BaCl S₁₂). Поряд з цим, для проб мінерального і органічного грунту може бути використане об'ємне співвідношення 1: 5 аналогічних розчинів. Одержані розчини треба збовтувати протягом 2 годин і дати ім осісти перед тим, як виміряти значення pH.

2) Визначення обмінної кислотності, що титрується, здійснюється розрахунком на підставі даних, отриманих у такий спосіб: збовтати 25 г мінерального грунту в 100 мл 1М розчину KCl протягом 2 годин. Фільтрат об'ємом 50 мл титрується 0, 02М розчином NaOH доти, поки розчин, вміщуючий фенолфталеїн, не одержить слабке червоне забарвлення, або ж доти, поки не буде досягнуто значення pH, рівне 8, 2.

3) Для розрахунку загальної обмінної кислотності потрібно виконати такі операції: проба (10 г мінерального грунту) екстрагується в 100 мл буферного розчину (0, 25М BaCl S₁₂ + 0, 2М триетаноламіну) збовтуванням протягом однієї години з наступним проціжуванням проби через фільтр за допомогою заміщуючого розчину (суміш 0, 25М розчину BaCl S₁₂ з буферним розчином у відношенні 1: 25000). Отриманий фільтрат титрується 0, 2М розчином HCl до кінцевої точки переходу від зеленого кольору до сполучення пурпурового із бромокрезольним зеленим кольором плюс змішаний індикатор. Розчини для контрольного досліду титруються до тієї ж кінцевої точки.

4) Аналіз обмінних катіонів натрію, калію, кальцію, магнію і алюмінію: збовтати 2 г грунту в 20 мл 0, 1М розчину BaCl S₁₂ протягом 2 годин. Відцентрифугувати і зберегти отриманий розчин для наступного аналізу. Аналіз обмінних катіонів переважно проводити методом ААС в полум'ї або ж методом емісійної спектрометрії із застосуванням методу індуктивно зв'язаної плазми (ІЗП).

5) Для визначення металів в мінеральних грунтах 5 г грунту екстрагуються в 50 мл 2М розчину азотної кислоти протягом 2 годин в киплячій водяній бані, розбавляються до 100 мл і фільтруються. Органічні грунти спалюються за допомогою нагрівання в невеликих об'ємах розчину концентрованих кислот HNO S₁₃ і HClO S₁₄ (відношення 4: 1), розбавляються до об'єму з відношенням об'єм: вага=1: 50 і фільтруються. Наявність металів аналізується методом ААС в полум'ї чи графітовій печі чи методом ІЗП.

6) Аналіз загальної сірки: виконується спалювання проби шляхом нагрівання в невеликих об'ємах розчину концентрованих кислот HNO S₁₃ і HClO S₁₄ (відношення 4: 1); розбавлення до об'єму з відношенням об'єм: вага=1: 4 для мінерального грунту і 1: 10 для органічного грунту і фільтрація; надалі застосовуються методи аналізу сульфатів чи ІЗП.

7)Аналіз загального фосфору: виконується спалювання проби шляхом нагрівання невеликих об'ємів розчину концентрованих кислот HNO S₁₃ і HClO S₁₄ (відношення 4: 1); далі виконується розбавлення до об'єму з відношенням об'єм: вага=1: 4 для мінерального грунту і 1: 10 для органічного грунту і фільтрації, при цьому треба враховувати небезпеку вибуху. Загальний фосфор визначається колориметричним методом чи методом ІЗП.

8) Аналіз загального азоту здійснюється за допомогою автоматизованих методов або методу Кельдаля.

9) Аналіз загального органічного вуглецю виконується прокалюванням проби до одержання CO S₁₂ шляхом нагрівання до 900⁰C, при цьому використовуються різні методи виявлення CO S₁₂ за допомогою автоматизованих процедур.

Контрольованими параметрами є:

– pH при температурі 20⁰C (екстрагування водою; з точністю до двох десяткових цифр);

– pH при температурі 20⁰C (екстрагування сіллю CaCl₂; з точністю до двох десяткових цифр);

– pH при температурі 20⁰C (екстрагування сіллю KCl; з точністю до двох десяткових цифр);

– обмінна кислотність, що титрується (мг–екв/кг);

– обмінний алюміній (мг–екв/кг);

– обмінний натрій (мг–екв/кг; з точністю до двох десяткових цифр);

– обмінний калій (мг–екв/кг; з точністю до двох десяткових цифр);

– обмінний кальцій (мг–екв/кг; з точністю до двох десяткових цифр);

– обмінний магній (мг–екв/кг; з точністю до двох десяткових цифр);

– насиченість основами (%; з точністю до однієї десяткової цифри);

– загальна обмінна кислотність (мг–екв/кг);

– ефективна ємність катіонного обміну (мг–екв/кг);

– потенційна ємність катіонного обміну (мг–екв/кг);

– кадмій (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);

– мідь (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);

– свинець (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);

– цинк (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);

– миш'як (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);

– нікель (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);

– загальний хром (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);

– залізо (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);

– ртуть (мг/кг; з точністю до трьох десяткових цифр);

– загальна сірка (мг/кг);

– загальний фосфор (мг/кг; з точністю до двох десяткових цифр);

– загальний азот (мг/кг);

– загальний органічний вуглець (мг/кг);

– об'ємна щільність (кг/м³).