606_HHerbakov_JU._S._Praktikum_Monitoring_sredy_obitanija_

станций, пунктов, постов наблюдения, оснащенных самым современным оборудованием, использующих новейшие технологии

Изложенная общая схема современного мониторинга окружающей среды требует более детальной проработки и конкретных уточнений. Широкая информация о состоянии окружающей среды через систему мониторинга и ее обработка в информационном центре позволят оценить существующее положение и на этом основании проводить мероприятия по контролю и предотвращению неблагоприятных последствий антропогенного воздействия. Эти материалы должны также влиять на сети станций глобального мониторинга

— первый этап в исследованиях планетарных последствий антропогенного воздействия на среду. Они должны стать базой для прогнозирования изменений природной среды, дать научную основу для разработки рациональных способов использования, охраны и воспроизводства природных ресурсов н для выработки основ единой системы правовых норм в области природопользования. Наблюдения в системе мониторинга дадут возможность обеспечить проверку уже осуществляемых мероприятий по регулированию и планированию оптимальных технологических процессов

Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), региональные и территориальные центры, гидрометеорологические обсерватории и бюро, наблюдательные станции и посты осуществляют наблюдение за состоянием атмосферного воздуха, поверхностных вод суши, морей, почв и учет вредных воздействий на них, а также наблюдение за уровнями радиации (радиационным фоном), т.е. формирование системы мониторинга.

В Российской Федерации в настоящее время действует сеть постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха

ОГСНК–общегосударственная система наблюдений и контроля. Она создана на базе сети наблюдений Росгидромета, подразделений Мнздрава и других ведомств. ОГСНКотносятся к системе мониторинга, т.е. представляют пассивную информационную систему.

Функции контроля за охраной атмосферного воздуха переданы Министерству Природных ресурсов РФ, которое осуществляет контроль за соблюдением законодательства об охране атмосферного воздуха, за соблюдением нормативов ПДВ предприятий, за соблюдением требований по охране атмосферного воздуха на проектируемых и вводимых в эксплуатацию новых предприятий др.

В структурном отношении ОГСНК по атмосфере состоит из следующих подсистем:

-мониторинг источников загрязнения;

-мониторинг загрязнения атмосферного воздуха;

-фоновый мониторинг.

Сеть наблюдений ОГСНК охватывает практически все города с населением 100 тыс. жителей и города с крупными промышленными объектами.

11

Росгидрометом осуществляется мониторинг промышленных выбросов в атмосферу. Контролю подлежат выбросы предприятий и источников, для которых установлены нормативы ПДВ, а также предприятия и их источники, определение которых производится в соответствии со специальным положением

Правила организации наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах изложены в ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов» и в «Руководстве по контролю загрязнения атмосферы», РД 52.0.

Оценка фонового состояния атмосферы выполняется в основном по данным сети фоновых станций, проводящих регулярные наблюдения по международным программам ГСМОС-КФ (глобальная система мониторинга окружающей среды - комплексный фоновый мониторинг), ЕМЕП (сеть станций контроля трансграничного переноса загрязняющих веществ), БАПМОН (сеть станций мониторинга фонового загрязнения атмосферы), а также по данным сети контроля химического состояния осадков и сети контроля снежного покрова. На территории РФ сеть ОГСНК является составной частью указанных систем.

На станциях комплексного фонового мониторинга (СКФМ),

расположенных в биосферных заповедниках или на других охраняемых территориях, осуществляются наблюдения за содержанием в приземном слое атмосферы двуокиси серы, окислов азота, твердых частиц (пыли), свинца, кадмия, ртути, 3,4 – бенз(а)пирена, хлорорганичеких пестицидов (ДДТ, ГХЦГ), сульфатов, а также характеристик аэрозольной мутности атмосферы;

восадках определяется свинец, кадмий, ртуть, 3,4 – бенз(а)пирен, хлорорганичекие пестициды, нитраты, аммоний и др. ионы.

На станциях БАПМОН регистрируется химический состав атмосферных осадков, общее содержание в атмосфере озона, аэрозольная мутность атмосферы и параметры атмосферного электричества.

Всистему ОГСНК входят три категории постов: стационарные, маршрутные и передвижные (подфакельные).

Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Эти посты считают опорными, они предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных и специфических загрязнений. Все стационарные посты оснащены павильонами, в которых размещены следующие агрегатные модули:

-устройства сбора и обработки информации; -устройства пробоподготовки; -блок газоанализаторов;

-блок измерения термодинамических параметров потоков выбросов; -устройства для передачи данных.

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха

вфиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с

12

помощью передвижного оборудования. Маршрутный пост может работать несколько лет, пока не накопится достаточно материалов по загрязнению. Для проведения наблюдений, перевозки аппаратуры, с помощью которой осуществляется отбор проб воздуха, источников питания и радиостанций с радиусом действия не менее 10–15 км, необходима передвижная лаборатория на базе специализированного автомобиля. Один автомобиль объезжает 4 – 5 точек в постоянные сроки. За рабочую смену на одной машине можно провести наблюдения в 8 –10 точках.

Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под дымовым факелом с целью выявления зоны влияния данного источника. При наличии ветра, факел от каждого источника вытягивается в определенном направлении, и вдоль перемещения факела отбираются пробы с применением передвижной лаборатория на базе специализированного автомобиля. Первая точка выбирается на границе между санитарно – защитной зоной предприятия (СЗЗ) и жилой зоной. Отбор проб при подфакельных наблюдениях проводится на расстоянии 0,5,1, 3, 4, 6, 8, 10, 15 и 30 км. Данные наблюдений на близких расстояниях от источника (0,5 км) характеризуют загрязнение атмосферы низкими источниками и неогранизованными выбросами, а на дальних – сумму от низких, неорганизованных и высоких выбросов. Измерения концентраций проводятся в центральных (осевых) точках, расположенных по оси факела на различных расстояниях от источника выброса, и в точках слева и справа от линии, перпендикулярной оси факела.

Отбор проб под факелом осуществляется на высоте 1,5–3,5 метров от поверхности земли в соответствии с методикой, применяемой при наблюдениях на стационарном посту.

Число постов и их размещение определяется с учетом численности населения, площади населенного пункта и рельефа местности, а также развития промышленности, сети магистралей с интенсивным транспортным движением.

Число стационарных постов в зависимости от численности населения распределяется следующим образом: 1 пост – до 50 тыс. жителей; 2 – 100

тыс.; 2-3 – 100 – 200 тыс.; 3-5 – 200-500 тыс.; 5-10 – более 500 тыс.; 10-20

постов – более 1 млн. жителей. В населенных пунктах устанавливают один стационарный или маршрутный пост через каждые 0,5 – 5 км с учетом сложности рельефа и наличия значительного количества источников загрязнения.

Отбор проб осуществляется путем аспирации определенного объема атмосферного воздуха через поглотительный прибор, заполненный жидким или твердым сорбентом для улавливания вещества, или через аэрозольный фильтр, задерживающий содержащиеся в воздухе частицы. Определяемая примесь из большого объема воздуха концентрируется в небольшом объеме сорбента или на фильтре. Параметры отбора проб, такие как расход воздуха и продолжительность его аспирации, тип поглотительного прибора или фильтра, устанавливаются в зависимости от определяемого вещества.

13

При наблюдениях за уровнем загрязнения атмосферы используются следующие режимы отбора проб: разовый, продолжающийся 20 – 30 минут; дискретный, при котором в 1 поглотительный прибор или на фильтр через равные промежутки времени в течение суток отбирают несколько (от 3 до 8) разовых проб; и суточный, при котором отбор в 1 поглотительный прибор или на фильтр производится непрерывно в течение суток.

Отбор проб атмосферного воздуха осуществляется на стационарных или передвижных постах, укомплектованных оборудованием для проведения отбора проб воздуха и автоматическими газоанализаторами для непрерывного определения концентрации вредных примесей. Одновременно с проведением отбора проб непрерывно измеряются скорость и направление ветра, температура воздуха, атмосферное давление, фиксируется состояние погоды и подстилающей поверхности почвы (табл. 2.4).

Средства измерения загрязнения атмосферы. Состав оборудования для отбора проб на стандартной сети мониторинга. Росгидромета (электроаспираторы, газоанализаторы). Комплексные лаборатории пост-1 и пост-2. Передвижная лаборатория атмосфера-2

Используемые на стационарных постах средства измерения размещаются в комплектных лабораториях «ПОСТ-1» и «ПОСТ-2» (в павильонах, выполненных из термоизолирующего материала), на маршрутных и подфакельных постах – в автолаборатории «Атмосфера 2». Для отбора проб воздуха используются элкетроаспираторы или воздухоотборники.

Рисунок 2 − Электроаспиратор ЭА-1

Воздухоотборник «Компонент» предназначен для циклического отбора разовых проб воздуха в поглотительные приборы с целью дальнейшего определения концентрации газообразных примесей. Предусмотрен автоматический отбор 32 проб, распределенных по четырем каналам. Используется в стационарных лабораториях.

Электроаспиратор ЭА-1 состоит из побудителя расхода, четырех ротаметров, батареи аккумуляторов и штатива.

Электроаспиратор ЭА-2 состоит из фильтродержателя, блока аспирации с пультом управления и расходомером и побудителя расхода (пылесоса). Расходомер состоит из счетчика газа РГ-40-1, измерительной диафрагмы, дросселя и нагревателя с терморегулятором, который включается при

14

отрицательной температуре отбираемого воздуха и автоматически поддерживает его постоянную температуру (20±1)°С. Электронагреватель снабжен блокировкой, исключающей возможность его включения при неработающем побудителе расхода. Электроаспиратором ЭА-2 разовые пробы воздуха отбираются на фильтры с целью определения концентраций аэрозольных примесей, он используется в лабораториях «ПОСТ-2».

Электроаспиратор ЭА-2С состоитиз фильтродержателя, блока аспирации с расходомером, побудителя расхода (вихревого вентилятора). Блок аспирации включает в себя счетчик газа РГ-40-1, измерительную диафрагму, дифманометр и дроссель для регулировки и определения расхода воздуха, воздуховод с электронагревателем и терморегулятором для поддержания постоянной температуры отбираемого воздуха при отрицательных температурах (электронагреватель снабжен блокировкой, исключающей возможность его включения при неработающем побудителе расхода), два реле времени для установки длительности рабочего периода и паузы при циклическом режиме работы электроаспиратора в пределах от 4 мин до 3 ч. Выключение электроаспиратора осуществляется вручную кнопкой «Стоп» или автоматически (в автоматическом режиме).

ЭА-2СМ − универсальный электроаспиратор, сочетающий возможности ЭА-2 и ЭА-2С; по конструкции подобен электроаспиратору ЭА-2.

Электроаспираторы модели 822 и ЭА–1 предназначены для отбора разовых (20-30 мин) проб воздуха в поглотительные приборы с целью дальнейшего определения концентрации газообразных примесей и сажи, используется в стационарных лабораториях «ПОСТ-1» и «ПОСТ- 2». Электроаспиратор ЭА-1А также предназначен для этих целей, имеет автономное питание и применяется в автолаборатории «Атмосфера-2». Электроаспиратор ЭА-2С предназначен для отбора суточных проб на один фильтр в циклическом или непрерывном режиме. Электроаспиратор ЭА-2СМ выпускается серийно и используется взамен снятых с производства ЭА-2 и ЭА-2С. Он предназначен для отбора разовых или суточных проб.

Рис. 3. Электроаспиратор ЭА -2 Рис.2.11. Электроаспиратор ЭА-2С

15

Электроаспиратор ЭА-3 используется для отбора разовых или суточных проб большого объема на один фильтр и адсорбер с твердым сорбентом для определения малых концентраций примесей, находящихся в газообразном и аэрозольном состоянии, а также на станциях фонового мониторинга и в населенных пунктах, где устанавливается автономно на охраняемой территории. Воздухоотборник осуществляет циклический отбор разовых проб воздуха в поглотительные приборы для дальнейшего определения содержания газообразных примесей. Предусмотрен автоматический отбор 32 проб, распределенных по четырем каналам. Он используется в стационарных лабораториях.

Пробы воздуха, отобранные на постах сети ОГСНКА, доставляют для анализа в одно из химических подразделений, которые подразделяются на четыре типа:

-группа или лаборатория наблюдений за загрязнением атмосферы;

-кустовая лаборатория или группа наблюдений за загрязнением атмосфе-

ры;

-централизованные лаборатории различной специализации;

-специализированные лаборатории научно-исследовательских учреждений.

Группы или лаборатории наблюдений за загрязнением атмосферы осуществляют химический анализ проб воздуха, отобранных на постах в том же городе, с целью определения содержания основных и наиболее распространенных примесей. Результаты фиксируются и отправляются в вышестоящую организацию.

Для автоматического измерения концентрации наиболее распространенных видов загрязнений в воздухе используются следующие основные методы анализа:

-метод химической люминесценции для определения окислов азота; -метод ультрафиолетовой флюоресценции для определения

концентрации двуокиси серы; -метод инфракрасного поглощения для измерения концентрации окиси и

двуокиси углерода, метана; -пламенно-ионизационный метод для измерения концентрации суммы

углеводородов и суммы углеводородов за вычетом метана; -метод поглощения бета-излучения для контроля пыли, кроме того для

измерения концентрации загрязнений используются традиционные методы аналитической химии и газовой хроматографии.

Абсорбционный метод спектрального анализа газов основан на свойстве вещества избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения. Специфичность спектра поглощения позволяет определить качественный состав газовых смесей, а интенсивность абсорбционного спектра связана с количеством поглощающего энергию вещества. При помощи электрохимических газоанализаторов контролируется

16

содержание в атмосфере окиси углерода, двуокиси серы, других токсичных компонентов.

Пламенно-ионизационный метод основан на ионизации углеводородов в водородном пламени. С его помощью измеряется суммарная концентрация углеводородов в атмосфере. В чистом водородном пламени содержание ионов незначительно. При введении углеводородов в пламя количество ионов значительно увеличивается, и под воздействием приложенного электрического поля между коллектором и горелкой возникает ионизационный ток, пропорциональный содержанию углеводородов.

Пламенно-ионизационные газовые анализаторы позволяют контролировать не только сумму углеводородов, но и реально определять содержание метана и реакционно-способных углеводородов, вступающих в реакцию с озоном и окислами азота и образующих в атмосфере фотохимический смог.

Хемилюминесцентный методгазового анализа основан на реакции окиси азота и озона, подающихся одновременно в реакционную камеру, и является в настоящее время основным методом контроля окислов азота в атмосферном воздухе.

Интенсивность хемилюминесцентного свечения в области волн от 600 до 2400 нм с максимумом в районе 1200 нм, пропорциональная концентрации окиси азота, регистрируется фотоумножителем, используемым в качестве детектора. Этим методом также можно измерять содержание озона в атмосфере. Вспомогательным газом в этом случае служит метан высокой чистоты очистки ( 99,5%). Под действием ультрафиолетового излучения между озоном и этиленом протекает реакция, сопровождающаяся люминесцентным излучением в области 330-650 нм.

Для контроля содержания пыли в атмосфере наряду с традиционным гравиметрическим методом анализа используют оптический и радиоизотопный методы. Оптический метод анализа основан на измерении ослабления излучения частицами пыли при прохождении луча света через измерительный канал. Как правило, он используется для количественной

При наблюдении за фоновыми уровнями загрязнения атмосферного воздуха разрабатываются модели переноса примесей, и определяется роль в процессах переноса гидрометеорологических и техногенных факторов. На фоновых станциях исследуются и уточняются: критерии создания сети наблюдений, перечни контролируемых примесей, методики контроля и обработки данных измерений, способы обмена информацией и приборами, методы международного сотрудничества. Так, например, по международным соглашениям станция базисного и регионального мониторинга должна размещаться на расстоянии 40-60 км от крупных источников загрязнения с подветренной стороны. На территориях, примыкающих к станции, в радиусе 40-400 км не должен изменяться характер деятельности человека. Было также

17

установлено, что пробы воздуха должны отбираться на высоте не менее 10 м над поверхностью растительности.

На станциях фонового мониторинга наблюдение за качеством атмосферного воздуха осуществляется по физическим, химическим и биологическим показателям.

Необходимость организации контроля загрязнения атмосферного воздуха в зоне интенсивного антропогенного воздействия определяется предварительными экспериментальными (в течение 1-2 лет) и теоретическими исследованиями с использованием методов математического и физического моделирования. Такой подход позволяет оценить степень загрязнения той или иной примесью атмосферного воздуха в городе или любом другом населенном пункте, где имеются стационарные и передвижные источники выбросов вредных веществ.

Обычно расположение источников выбросов и их параметры известны или их можно определить. Зная метеорологические параметры, в том числе "розу ветров" можно с использованием математических и физических моделей рассчитать поля концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе для любой ситуации. Но адекватность принятых моделей реальным ситуациям все равно должна проверяться экспериментально.

Для получения репрезентативной информации о пространственной и временной изменчивости загрязнения воздуха, нужно предварительно провести обследование метеорологических условий и характера пространственной и временной изменчивости загрязнения воздуха с помощью передвижных средств. Для этого чаще всего используется передвижная лаборатория, производящая отбор, а иногда и анализ проб воздуха во время остановок. Такой метод обследования называется рекогносцировочным. Он находит достаточно широкое применение за рубежом.

На карту-схему города (населенного пункта, района) наносится регулярная сетка с шагом 0,1; 0,5 или 1,0 км. На местности по специально разработанной программе случайного отбора проб отбираются и анализируются пробы в точках, совпадающих с узлами сетки, наложенной на карту-схему. Для получения статистически достоверных средних значений измеренных концентраций проводится анализ комбинаций точек на сетке, объединенных в квадраты, например, площадью (2-4) км 2 , с учетом направлений ветра по направлениям. Такой метод позволяет выявить как границы промышленных комплексов и узлов, так и зоны их влияния. При этом обеспечивается возможность сравнения полученных результатов с расчетными данными математических моделей. Использование методов моделирования в этих работах является обязательным.

Если обнаруживается, что существует вероятность роста концентрации примеси выше установленных нормативов, то за содержанием такой примеси в выявленной зоне следует установить наблюдение. Если же такой вероятности нет и отсутствуют перспективы развития промышленности, энергетики и автотранспорта, установление стационарных постов наблюдений за состоянием

18

атмосферного воздуха нецелесообразно. Такой вывод не распространяется на организацию наблюдений за фоновым уровнем загрязнения воздуха вне населенных пунктов.

Установив степень загрязнения атмосферного воздуха всеми примесями выбрасываемыми существующими и намечаемыми к строительству и пуску источниками, а также характер изменения полей концентрации примесей по территории и во времени с учетом карт загрязнения воздуха, построенных по результатам математического и физического моделирования, можно приступить к разработке схемы размещения стационарных постов наблюдений на территории города и программы их работ. Программа разрабатывается исходя из задач каждого измерительного пункта и особенностей изменчивости концентрации каждой примеси в атмосферном воздухе. Пост наблюдений может давать информацию об общем состоянии воздушного бассейна, если пост находится вне зоны влияния отдельных источников выбросов и осуществлять контроль за источниками выбросов, если пост находится в зоне влияния источников выбросов.

При размещении постов наблюдений предпочтение отдается районам жилой застройки с наибольшей плотностью населения, где возможны случаи превышения установленных пороговых значений гигиенических показателей ПДК. Наблюдения должны проводиться за всеми примесями, уровни которых превышают ПДК.

В обязательном порядке измеряются основные, наиболее часто встречающиеся загрязняющие воздух вещества: пыль, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота. Выбор других веществ, требующих контроля, определяется спецификой производства и выбросов в данной местности, частотой превышения ПДК.

Контроль за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха осуществляется как на фоновом уровне, так и в зонах влияния атомных электростанций и других источников возможных выделений или выбросов радиоактивных веществ. При контроле радиоактивного загрязнения на фоновом уровне используются существующие фоновые станции или специальные станции, установленные на расстоянии 50-100 км от возможного источника радиоактивного загрязнения. При контроле в радиусе до 25 км от возможных источников выбросов радиоактивных веществ используется как существующая сеть контроля. так и специальные посты наблюдений, где устанавливаются датчики гаммаизлучения и приборы для отбора проб и анализа воздуха. Рекомендуется в зоне до 25 км иметь 10-15 специализированных пунктов контроля, оснащенных дистанционными системами и высокопроизводительными фильтрующими воздух установками, а также около 30 дополнительных стационарных пунктов контроля радиационной обстановки, оснащенных интегрирующими термолюминесцентными дозиметрами. При этом в пределах санитарно-защитной зоны создаются посты дистанционного контроля радиоактивного загрязнения атмосферного воздуха. Подсистемы дистанционного контроля оборудуются каналами связи. Для повышения

19

достоверности информации в каждом пункте устанавливается несколько датчиков.

В 80-e годы на базе сетевых снегомерных съемок была создана новая сеть контроля переноса загрязняющих веществ воздушными массами. Мониторинг загрязнения территории на основе снегомерной съемки позволяет контролировать уровни загрязнения атмосферного воздуха как в незагрязненных (фоновых) районах, так и в городах, и других населенных пунктах.

Важными методами контроля так называемого трансграничного переноса глобальных потоков примесей, переносимых на большие расстояния от места выброса, является система наземных и самолетных станций, сопряженных с математическими моделями распространения примесей. Сеть станций трансграничного переноса оборудуется системами отбора газа и аэрозолей, сбора сухих и мокрых выпадений анализа содержания примесей в отобранных пробах. Информация поступает в метеорологические синтезирующие центры, которые осуществляют:

сбор, анализ и хранение информации о трансграничном переносе примесей в атмосфере;

прогнозирование переноса примесей на основе метеорологических данных;

идентификацию районов выбросов и источников; регистрацию и расчет выпадений примесей из атмосферного воздуха на

подстилающую поверхность и другие работы.

В целях сопоставимости результатов наблюдений, полученных в разных географических и временных условиях, используются единые унифицированные методы отбора и анализа проб, обработки и передачи информации. Информация, получаемая на сети наблюдений, по степени срочности подразделяется на три категории: экстренная, оперативная и режимная. Экстренная информация содержит сведения о резких изменениях уровней загрязнения атмосферного воздуха и передается в соответствующие (контролирующие, хозяйственные) организации незамедлительно. Оперативная информация содержит обобщенные результаты наблюдений за месяц, а режимная - за год. Информация по последним двум категориям передается заинтересованным и контролирующим организациям в сроки их накопления: ежемесячно и ежегодно. Режимная информация, содержащая данные о среднем и наибольшем уровнях загрязнения воздуха за длительный период, используется при планировании мероприятий по охране атмосферы, установлении нормативов выбросов, оценках ущерба, наносимого народному хозяйству загрязнением атмосферного воздуха.

Для того чтобы воздухо-охранные мероприятия были эффективными, информация должна быть полной и достоверной. Полнота информации определяется числом контролируемых ингредиентов, сроками наблюдений, размещением сети наблюдений. Достоверность информации достигается строгим соблюдением нормативных требований, обеспечивающих получение

20