Приборы 3-го уровня

К промышленным стационарным приборам этого уровня относят: ИК-спектрофотометры и спектрометры (спектрофотометры ИКС-22, ИКС-29, ИКС-17, РЕ180 (США); ИК-спектрофотометры М80/М85, «Specord», ИК-Фурье; спектрометры ИКС-21, ИКС-31, IFS Брукер), а также монохроматоры и спектрофотометры для види­мой и УФ-областей (УМ-2, МДР-2, СФ-8, СФ-16, СФ-18, СФ-46).

Лекция 4. Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха.

Воздушная среда является наиболее подвижной из всех природных сред, именно поэтому загрязняющие ве­щества в ней быстро распространяются на большие рас­стояния. По этой же причине те вещества, которые спо­собны существовать в атмосфере в течение длительного времени без изменения, распространены повсеместно на нашей планете, называются глобальными загрязняющими веществами. Роль атмосферного воздуха в формировании планетарных процессов так велика, что он стал первым объектом систематических наблюдений, проводимых пос­ле Стокгольмской конференции по окружающей среде (1972 г.) в рамках ГСМОС.

Организация сети наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха

Правила организации наблюдений за уровнем загряз­нения атмосферы в городах и населенных пунктах регла­ментируются требованиями ГОСТ 17.2.3.01—86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов». Наблюдения за загрязнением ат­мосферы осуществляют на специальных постах.

Постом является выбранная точка местности, на которой разме­щают павильон или автомобиль, оборудованные соответ­ствующими приборами.

При проведении мониторинга устанавливают три кате­гории постов наблюдений: стационарный, маршрутный и передвижной (подфакельный).

Стационарный пост пред­назначен для обеспечения непрерывной регистрации со­держания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяют опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных и наиболее распростра­ненных загрязняющих веществ.

Маршрутный пост пред­назначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижного оборудования.

Передвижной пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника.

Каждый пост независимо от категории размещают на открытой проветриваемой со всех сторон площадке с непылящим покрытием: асфальте, твердом грунте, газоне — таким образом, чтобы были исключены искажения результатов измерений из-за наличия зеленых насажде­ний, зданий и т. д.

Стационарный и маршрутный посты размещают в местах, выбранных на основе предварительного исследо­вания загрязнения воздушной среды города промышлен­ными и бытовыми выбросами, выбросами автотранспорта и условий рассеивания. Эти посты размещают в цент­ральной части населенного пункта, жилых районах с раз­личным типом застройки, зонах отдыха, на территориях, примыкающих к магистралям интенсивного движения транспорта. Места отбора проб при передвижных (подфакельных) наблюдениях выбирают на разных расстояниях от конкретного источника выброса с учетом закономер­ностей распространения загрязняющих веществ в атмос­фере.

Число постов и их размещение определяют с учетом численности населения, площади населенного пункта и рельефа местности, развития промышленности и сети ма­гистралей, рассредоточенности мест отдыха и курортных зон. Число стационарных постов устанавливают следую­щим образом (не менее): 1 пост — до 50 тыс. жителей, 2 поста — 100 тыс. жителей, 2—3 поста — 100—200 тыс. жителей, 3—5 постов — 200—500 тыс. жителей, 5—10 пос­тов — более 500 тыс. жителей, 10—20 постов (стационар­ных и маршрутных) — 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 источников загряз­нения.

Наблюдения на постах проводят по одной из четырех программ: полной, неполной, сокращенной, суточной.

Полная программа предназначена для получения ин­формации о разовых и среднесуточных концентрациях. Наблюдения по полной программе выполняют ежедневно путем регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки времени не ме­нее четырех раз с обязательным отбором в 1, 7, 13, 19 ч по местному времени. Допускается проводить наблюде­ния по скользящему графику: в 7, 10, 13 ч — во вторник, четверг, субботу; в 16, 19, 22 ч — в понедельник, среду, пятницу.

Наблюдения по неполной программе разрешается про­водить с целью получения информации о разовых кон­центрациях ежедневно в7, 13, 19ч по местному времени.

По сокращенной программе наблюдения проводят с це­лью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7 и 13 ч по местному времени. Наблюдения по этой программе допускается проводить при температу­ре воздуха ниже —45 °С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 разовой ПДК или меньше ниж­него предела диапазона измерений примеси используе­мым методом.

Суточная программа отбора проб предназначена для получения информации о среднесуточной концентрации. Наблюдения по этой программе проводят путем непре­рывного суточного отбора проб (в 1, 7, 13, 19 ч).Одновременно с отбором проб воздуха определяют направление и скорость ветра, температуру воздуха, со­стояние погоды и подстилающей поверхности. В период неблагоприятных метеорологических условий (штиль, температурная инверсия) и значительного возрастания концентраций загрязняющих веществ наблюдения проводят каждые три часа.

Выбор места контроля загрязнения и его источника

Место для первичной оценки или отбора пробы выбирают в соответствии с целями анализа и на основании внимательного изучения всей имеющейся предварительной информации, а также натурного исследования местности или контролируемого объекта, причем должны учитываться все обстоятельства, которые могли бы оказать влияние на состав взятой пробы или результат пер­вичной оценки наличия и уровня загрязнения (воздейст­вия). В зависимости от вида анализируемой среды данная процедура имеет некоторые особенности. Поиск и выбор места отбора, а также первичной оцен­ки проб воздуха (как и в отношении других сред) прово­дят в предполагаемых зонах максимального загрязнения окружающей природной среды (например, в факеле вы­броса и в зонах его возможного прохождения на расстоя­нии до объекта от сотен метров до нескольких километ­ров, обычно на высоте до 1,5 м от поверхности земли) или непосредственно вблизи нахождения людей и других биообъектов, для которых данный выброс может оказать­ся вредным или опасным.

В рабочей зоне пробы воздуха следует отбирать в мес­тах постоянного или максимально длительного пребыва­ния людей, при характерных производственных условиях с учетом особенностей технологического процесса, уров­ня, физико-химических свойств, а также класса опаснос­ти и биологического действия выделяющихся химических загрязняющих веществ или физических факторов воздей­ствия, температуры и влажности окружающей среды.

Места для отбора пробы воздуха в рабочей зоне выби­рают с учетом технологических операций, при которых возможно наибольшее выделение в воздух рабочей зоны вредных веществ, например:

• аппаратуры и агрегатов в период наиболее актив­ных химических, термических и иных процессов в них;

• на участках загрузки и выгрузки веществ, затарива­ния готовой продукции;

• на участках внутренней транспортировки сырья, полуфабрикатов и продукции;

• на участках размола и сушки сыпучих, пылящих ма­териалов и веществ, у наиболее вероятных источников выделений при перекачке жидкостей и газов (насосные, компрессорные) и др.;

• в местах отбора технологических проб, необходи­мых для целей технического анализа.

Часто учитывают свойства веществ и класс опасности, устанавливая следующую периодичность отбора и анализа проб

— для первого класса — не реже одного раза в 10 дней;

— для второго класса — не реже чем ежемесячно;

—для третьего и четвертого классов — не реже одного раза в квартал.

В операцию поиска источника или места пробоотбора часто включают задачу идентификации характера воздей­ствия или загрязняющего вещества (ЗВ) — установление .его природы, расшифровку состава основных компонен­тов смеси. Если отсутствуют технические возможности |или нет необходимости в идентификации, ее заменяют более простой задачей — обнаружением, т. е. подтверждением факта наличия загрязняющего вещества в среде, случае обнаружения вредного физического фактора (ФФ) целесообразно сразу проводить количественное измерение его уровня.

Это следует делать максимально экспрессно, т. е. за минимальный промежуток времени, сопоставимо по вре­мени с пробоотбором. От быстроты первичной оценки |при обнаружении источника загрязнения или воздействия вредного ФФ зависит не только длительность (а значит, и экономичность) процедур контроля, но часто и безопасность персонала, их проводящего (в случае анализа суперэкотоксикантов, радиации и других особо вредных химических веществ и факторов, а также при обследовании особо опасных производственных и иных объектов). Характер работы технического средства контроля в режиме обнаружения по возможности должен быть следящим (непрерывным или хотя бы периодическим, но с минимальным временем паузы между повторяющимся циклом анализа).

Применяемые методы и технические средства контроля должны быть способны обнаруживать ЗВ или ФФ максимально специфично, т. е. избирательно по отноше­нию к искомому ЗВ или ФФ на фоне мешающих примесей или других имеющихся факторов. В случае решения задачи идентификации главной характеристикой техни­ческого средства становится его селективность (даже в ущерб чувствительности), т. е. способность одновременно (или последовательно) различать в анализируемой среде несколько даже похожих по свойствам веществ (факто­ров).

Еще одной значимой характеристикой технического средства является его чувствительность, т. е. способность фиксировать минимально возможные концентрации за­грязняющих веществ или уровни физического фактора, что наряду с экспрессностью и специфичностью входит в классическую триаду важнейших характеристик средства контроля.

Если при проведении процедуры обнаружения сигнал о наличии ЗВ или ФФ отсутствует, необходимо как мож­но раньше (в целях безопасности и экономии времени) принять решение об осуществлении контроля в другом месте по тому же показателю (или перестройке средства — замене индикаторного элемента на иное вещество или фактор).

При неавтоматизированном режиме обнаружения ис­пользуют портативные средства экспрессного контроля. Для воздуха это индикаторные трубки, экспресс-тесты на основе индикаторных бумажек или пленок, другие инди­каторные элементы.

Для автоматического обнаружения обычно применяют малогабаритные сенсоры и другие чувствительные элемен­ты — устройства, обладающие свойствами быстродействую­щего первичного преобразования контролируемого пара­метра окружающей среды в аналитический сигнал (изме­нение окраски, перепад электрического тока, напряжения или другого фиксируемого показателя), т. е. являющиеся сигнализаторами. После обнаружения (или идентифика­ции) загрязняющего вещества (средства) выдается инфор­мация, необходимая для принятия решения о проведении следующей операции — пробоотбора.

Виды проб

Отбор проб — важнейшая часть аналитической проце­дуры при осуществлении контроля качества окружающей среды контактными методами наблюдений. Погрешность пробоотбора, как правило, значительно превышает по­грешность подготовки проб, а последняя, в свою очередь, больше погрешности метода анализа. Именно поэтому правильно отобранная проба — залог получения досто­верного результата.

Правильно отобрать пробу — значит получить пробу представительную, репрезентативную (от англ; represen­tative — представительный, показательный).

Предста­вительная проба статистически правильно отражает со­стояние объекта анализа и его количественный и каче­ственный состав в данное время в данном месте, содержит достаточное количество вещества для анализа, обеспечивает условия сохранности вещественного со­става среды в течение всего времени до получения ре­зультата анализа.

Пробы бывают простые (единичные) и смешанные. Взятие простой пробы подразумевает однократный отбор в одной точке пространства всего объема материала, не­обходимого для проведения анализа. В большинстве слу­чаев единичной пробы недостаточно для получения объ­ективной информации о состоянии окружающей среды вследствие изменчивости ее характеристик в пространстве и времени.

Смешанную пробу (усредненную, объединенную, составную) получают путем объединения нескольких прос­тых проб, взятых по определенной программе в разных точках пространства в один и тот же момент времени или отобранных в одной точке пространства через определенные интервалы времени. Смешанная проба может быть I средневзвешенной — ее получают смешиванием простых проб одинакового объема (массы) — и среднепропорциональной — при этом объем (масса) простых проб может быть различным, что определяется параметрами объекта исследования. При отборе простых или смешанных проб загрязняю­щее вещество может быть сконцентрировано (пробоотбор с концентрированием), что является весьма нема­ловажным при контроле высокотоксичных примесей, содержащихся в объектах окружающей среды в незна­чительных количествах (диоксины, полихлорированные бифенилы). Если же концентрация загрязняющего ве­щества велика (например, в воздухе рабочей зоны или в створе сброса сточных вод), проводят пробоотбор без концентрирования. В пробах, взятых с предварительным концентрирова­нием загрязняющего вещества, химический состав иссле­дуемой примеси может оставаться неизменным (если при отборе применяют метод абсорбции или адсорбции) или намеренно изменяться (при использовании методов хемосорбции); таким образом повышается сохранность пробы во времени. При отборе проб без предварительного концентриро­вания необходимо проводить их стабилизацию (консерва­цию).

Отбор проб воздуха.

Химический анализ воздуха чаще всего начинают с от­бора и подготовки пробы к анализу. Все стадии анализа связаны между собой. Так, тщательно измеренный анали­тический сигнал не дает правильной информации о со­держании определяемого компонента, если неправильно осуществлен отбор или неверно проведена подготовка пробы к анализу.

В большинстве случаев именно отбор и подготовка пробы к химическому анализу определяют надежность и качество получаемых результатов, а также трудоемкость и длительность аналитического цикла.Погрешность при отборе пробы и ее подготовке часто становится причиной общей ошибки определения компонента и делает бессмысленным использование высокоточных методов. В свою очередь, отбор и подготовка проб зависят не только от природы анализируемого объек­та, но и от способа измерения аналитического сигнала. Приемы и порядок отбора пробы настолько важны при проведении химического анализа, что обычно предписываются государственным стандартом.

Отобранная проба должна быть представительной, т. е. статистически правильно отражать состояние объекта ок­ружающей среды, из которого она взята.

Универсального способа пробоотбора, позволяющего одновременно улавливать из воздуха все загрязняющие вещества, не существует. Выбор адекватного спо­соба отбора определяется прежде всего агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.

В воздухе загрязняющие компоненты могут присутс­твовать в виде газов (NO, N0₂, CO, SO₂), паров (преиму­щественно органических веществ с температурой кипения до 230—250°С), аэрозолей (туман, дым, пыль). Иногда вещества могут находиться в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей. Это преимущественно жидкости с высокой температурой кипения (дибутилфталат, капролактам и др.). Попадая в воздух, их пары конденсиру­ются с образованием аэрозоля конденсации. Аэрозоли конденсации образуются также при некоторых химических реакциях, приводящих к появлению новых жидких или твердых фаз. Например, при взаимодействии триоксида серы с влагой образуется туман серной кислоты; аммиак и хлороводород образуют дым хлорида аммония.

Правильное установление агрегатного состояния вредного вещества в воздухе способствует правильному выбору фильтров и сорбентов и уменьшению погрешности определения, связанной с пробоотбором. Для предварительной оценки агрегатного состояния примесей в воздухе необходимо располагать сведениями об их летучести — максимальной концентрации паров, выраженной в единицах массы на объем воздуха при данной темпера­туре. Летучесть L (в мг/л) рассчитывают по формуле:

L = 16 • Р • М/(273 + t),

где Р — давление насыщенного пара при данной температуре, мм рт. ст.;

М — молекулярная масса вещества; t — температура, °С.

При классификации вредных веществ по их агре­гатным состояниям в воздухе необходимо учитывать (помимо летучести) их предельно допустимые кон­центрации. Например, ртуть по сравнению с бутилацетатом можно считать малолетучей жидкостью; летучесть этих веществ при 20 °С составляет соответственно 15 000 и 20 000 мг/м³. Однако в связи с большой разницей ПДК ртути и бутилацетата (0,01 и 200 мг/м³ соответственно) максимальное содержание в воздухе малолетучей ртути при 20 °С может превышать санитарную норму в 1500 раз, а содержание паров бутилового спирта — только в 250 раз. Поэтому агрегатное состояние рекомендуется оценивать отношением летучести вещества при 20 °С к его ПДК. Если относительная летучесть вещества (напри­мер, серной кислоты) ниже ПДК в 10 раз и более, то на­личием паров можно пренебречь. В этом случае опреде­ляют лишь содержание в воздухе аэрозоля. При значи­тельном превышении ПДК (в 50 раз и более) определяют только пары (например, нафталина). К парам и аэрозо­лям следует относить вещества, летучесть которых при 20 °С составляет от 10 до 50 ПДК.

При проведении санитарно-химических исследований на производстве пробы отбирают преимущественно аспирационным способом путем пропускания исследуемого воздуха через поглотительную систему. Минимальная концентрация вещества, поддающаяся четкому и надеж­ному определению, зависит от количества отбираемого воздуха.

Многообразие вредных веществ и агрегатных состоя­ний в воздухе обусловливает использование различных поглотительных систем, обеспечивающих эффективное поглощение микропримесей.

Отбор проб в жидкие среды.

Отбор парогазовых веществ в жидкие поглотительные среды — наиболее распространенный способ. Анализи­руемые вещества растворяются или вступают в химиче­ское взаимодействие с поглотительной средой (хемосорбция), которая обеспечивает полноту поглощения за счет образования нелетучих соединений. При этом упрощается подготовка пробы к анализу, который обычно проводят в жидкой фазе.

Отбор проб в растворы осуществляют аспирацией исследуемого воздуха через поглотительный сосуд с каким­-либо растворителем (органические растворители, кисло­ты, спирты, вода, смешанные растворы). Скорость про­пускания воздуха может меняться в широких пределах — от 0,1 до 100 л/мин.

Полнота поглощения зависит от многих факторов, в том числе от конструкции поглотительных сосудов. Наибольшее распространение получили абсорберы со стек- лянными пористыми пластинками, поглотительные сосуды Рыхтера, Зайцева, Яворовского.

Для физической адсорбции важно, чтобы поверхность соприкосновения фаз была наибольшей. В поглотителях с пористой пластинкой этот эффект достигается за счет уменьшения пузырьков воздуха при прохождении его через пористый фильтр, вследствие чего увеличивается поверхность контакта воздуха с раствором, а скорость аспирации может быть повышена до 3 л/мин. Увеличение поверхности контакта может быть достигнуто также в результате увеличения длины пути прохож­дения пузырьков воздуха через раствор. Так, в поглоти­тельных сосудах Зайцева высота столба растворителя со­ставляет около 10 см. Однако предельная скорость аспирации не превышает 0,5—0,6 л/мин.

При отборе проб в поглотительные сосуды Рыхтера, в которых используют эффект эжекции, скорость аспира­ции воздуха может достигать 100 л/мин.

Более эффективным является поглощение, основан­ное на химических реакциях исследуемых веществ с по­глотительной жидкостью. Например, для поглощения ам­миака и аминов применяют разбавленную серную кисло­ту, для поглощения фенола — раствор щелочи.

Для проверки эффективности работы поглотительного сосуда к нему присоединяют последовательно еще один или два поглотителя. Пробу воздуха с известным содер­жанием вредного вещества пропускают через все абсорбе­ры и затем поглотительные растворы из каждого сосуда анализируют.

«Проскок» вредных веществ К (в %) вычисляют по формуле:

К = А2 / (А1 + А₂) 100,

где А₂ — масса вещества во втором абсорбере, мкг; A1 — масса вещества в первом абсорбере, мкг.

Эффективность поглощения Э (в %) вычисляют по формуле

Э = 100 - К.

Эффективность поглощения считают достаточной, ес­ли в первом сосуде абсорбировалось около 95% исследуе­мого вещества.

Достоинствами отбора проб в жидкие среды являются селективность (можно подобрать поглотительный раствор для широкого круга загрязняющих веществ), простота, экономичность. К недостаткам следует отнести невысо­кую степень концентрирования (используют для отбора проб воздуха при высоких концентрациях загрязнителей); невозможность получения представительной пробы при одновременном наличии в воздухе паров и аэрозолей загрязняющих веществ; необходимость отбирать пробы большого объема.

Отбор проб на твердые сорбенты

Гранулированные сорбенты для отбора паров химиче­ских веществ из воздуха начали применять в конце 60-х годов прошлого века в связи с широким развитием газо­вой хроматографии.

Способ отбора проб воздуха в жидкости для газохроматографического анализа в большинстве случаев непри­емлем, так как не позволяет проводить концентрирование веществ из большого объема воздуха вследствие улетучи­вания растворителей и связанных с этим потерь анализи­руемых веществ.

Применение твердых сорбентов дает возможность уве­личить скорость пропускания воздуха (по сравнению с пропусканием через жидкость) и за короткое время нако­пить исследуемое вещество в количестве, достаточном для его определения. Твердые сорбенты позволяют также осуществлять избирательную сорбцию одних веществ в присутствии других; кроме того, они удобны как в работе, так и при транспортировке и хранении отобранных проб. Пробы, отобранные на твердые сорбенты, обладают вы­сокой сохранностью. Этот метод пробоотбора характери­зуется высоким коэффициентом концентрирования.

Твердые сорбенты, применяемые для отбора проб воз­духа, должны обладать механической прочностью, иметь небольшое сродство с водяными парами (т. е. плохо

сор­бировать их), легко активироваться, иметь максимальную сорбционную способность по отношению к анализируе­мым веществам, а при анализе — легко десорбировать по­глощенное вещество, иметь однородную структуру по­верхности.

Для анализа воздуха применяют три группы сорбен­тов, однако ни один из них не является универсальным. Первая группа — гидрофильные неорганические материалы типа силикагелей и молекулярных сит. Вторая группа — гидрофильные неорганические материалы — активиро­ванные угли. К третьей группе относят синтетические макропористые органические материалы с высокой сте­пенью гидрофобности и небольшой удельной поверхно­стью — пористые полимеры.

Силикагели (SiO₂ • пН₂О) представляют собой гидрофильные сорбенты с высокоразвитой капиллярной структурой геля. Адсорбционная способность силикагелей обусловлена наличием на их поверхности групп Si—ОН, способных к образованию водородных связей с молекула­ми сорбата. Силикагели избирательно поглощают приме­си полярных соединений, таких как амины, спирты, фе­нол, альдегиды и аминоспирты. Однако эти адсорбенты применяют в практике анализа загрязнений реже, чем активированный уголь и полимерные сорбенты. Это обусловлено гидрофильностью силикагелей, которая при­водит к значительному снижению сорбционной емкости ловушек.

Активированный уголь является неполярным сорбен­том с сильно развитой пористой структурой. Удельная поверхность активированного угля достигает 1000 м²/г. Он способен прочно удерживать большинство органиче­ских соединений и некоторые неорганические газы при обычной температуре. Воздух пропускает со скоростью 0,1—1,0 л/мин. Эффективность улавливания составляет 80—100%, а адсорбционная емкость сорбента может до­стигать сотен миллиграммов. Активированный уголь из­бирательно поглощает углеводороды и их производные, ароматические соединения, слабее — низшие алифати­ческие спирты, карбоновые кислоты, сложные эфиры. Сконцентрированные на активированном угле примеси удерживаются очень прочно, и десорбировать их при на­гревании практически невозможно. Для извлечения при­месей из ловушек с активированным углем используют экстракцию.

В условиях повышенной влажности применение ак­тивированного угля и силикагеля для отбора проб стано­вится практически невозможным. В этом случае рекомен­дуется применять полимерные пористые сорбенты, такие как порапаки, хромосорбы, полисорбы, тенакс и др. По­ристые полимеры инертны, гидрофобны, обладают доста­точно хорошо развитой поверхностью, эффективно улав­ливают из воздуха примеси вредных веществ и легко отдают их при термодесорбции. Пористые полимеры успешно применяют для улавливания из воздуха примесей с большой молекулярной массой и таких опасных приоритетных загрязнителей, как пестициды, диоксины. Эффективность улавливания на полимерных сорбентах составляет 88—100%. Недостатками полимерных сор­бентов являются плохая адсорбция газов и паров низко-молекулярных соединений, нестабильность сорбционных свойств, возможность протекания реакций окисления и полимеризации, термическая нестабильность.

Для концентрирования вредных веществ из воздуха в качестве адсорбентов применяют также непористые адсорбенты — карбонат калия, сульфат меди, хлорид кальция и др. Преимуществом таких адсорбентов явля­ется высокоэффективная десорбция сконцентрированных микропримесей, в том числе одновременное переведение в раствор как самого сорбента, так и адсорбированных на его поверхность химических веществ.

Криогенное концентрирование.

Криогенное концентрирование применяют при отбо­ре из воздуха нестабильных и реакционно-способных со­единений. Техника этого метода сводится к пропусканию исследуемого воздуха через охлаждаемое сорбционное устройство с большой поверхностью, например через стальные или стеклянные трубки, заполненные инерт­ным носителем (стеклянными шариками, стеклянной ватой). В качестве хладагентов используют следующие смеси:

• лед — вода (0 °С);

• лед — хлорид натрия (—16 °С);

• твердая углекислота — ацетон (—80 °С);

• жидкий азот (—185 °С).

Степень обогащения пробы целевыми компонентами может быть при этом очень высокой (100—1000 раз и бо­лее). Однако применение такого способа извлечения при­месей из воздуха затрудняет предварительное удаление влаги, которая, конденсируясь в ловушках, мешает газохроматографическому определению примесей и увели­чивает предел их определения. Эффективность криогенного извлечения примесей из воздуха очень высока — от 91 до 100%. Этот метод целесообразно использовать для извлечения таких примесей, которые при обычной темпе­ратуре могут взаимодействовать с материалом ловушек, что делает пробоотбор невозможным.

Отбор проб в контейнеры.

Этот метод рекомендуется для отбора летучих веществ, содержащихся в воздухе в значительных концентрациях, а также для анализа методом газовой хроматографии, обла­дающим достаточно высокой чувствительностью. Для от­бора проб воздуха применяют шприцы, газовые пипетки и бутыли.

К недостаткам этого метода отбора можно отнести:

• ограниченный набор определяемых соединений;

• ограниченный предел обнаружения примесей;

• сорбцию компонентов на стенках контейнеров;

• возможность протекания химических реакций при хранении пробы в контейнере в присутствии влаги и кис­лорода воздуха.

Концентрирование на фильтрах

Вещества, находящиеся в воздухе в виде высокодис­персных аэрозолей (дымов, туманов, пыли), концентриру­ют на различных фильтрующих волокнистых материалах: перхлорвиниловой ткани, ацетилцеллюлозе, полистироле, стекловолокне. Перспективными являются фильтры, со­стоящие из волокнистого фильтрующего материала, импрегнированного тонкодисперсным активным углем. Боль­шой интерес также представляют фильтры, импрегнированные твердым сорбентом, с добавлением химических реагентов.

Так, для улавливания паров и аэрозолей ртути и napoв йода применяют тканевые фильтры; в качестве основы используют ткань, на которую нанесен сорбент, обработанный нитратом серебра (для йода) или йодом (для ртути). Такие фильтры позволяют проводить отбор проб воздуха как при положительных, так и при отрицательны: температурах и высоких скоростях аспирации воздуха.

Таким образом, следует еще раз отметить, что отбор проб воздуха является существенным этапом в исследова­нии, так как результаты самого точного тщательно вы­полненного анализа теряют всякий смысл при неправиль­но проведенном отборе проб. Выбор адекватного способа отбора определяется прежде всего агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.

Общие требования к отбору проб воздуха.

Пробоотбор должен быть максимально экспрессным: 20—30 мин (в рабочей зоне — 15 мин). Изначально чистые поглотительные сосуды и емкости необходимо герметич­но подсоединять к побудителю расхода воздуха и плотно закрывать.

Все характеристики пробы (масса, объем, время, место отбора), а также климатические и другие рабочие условия должны быть запротоколированы. При наличии несколь­ких загрязняющих веществ допускается осуществлять пробоотбор по наиболее опасным или характерным ком­понентам.

Стабилизация и хранение проб воздуха.

Пробы объектов окружающей среды можно отбирать как непосредственно перед анализом, так и заблаговре­менно. В последнем случае выполняют промежуточные операции хранения и стабилизации проб.

Применение экспрессных методов анализа на месте помогает избежать многих осложнений с изменениями состояния анализируемых проб. Однако это удается. далеко не всегда, поэтому необходимо иметь представ­ление о процессах, идущих в средах при хранении проб, а также знать правила хранения. В зависимости от предполагаемой продолжительности хранения отобранные пробы иногда консервируют. При этом уни­версального консервирующего средства не существует, Поэтому для анализа отбирают несколько проб, каждуюиз которых консервируют, добавляя соответствующие химикаты.

Применение консервирующих средств полностью не предохраняет определяемое вещество или саму среду от изменения. Поэтому стараются даже консервированные пробы анализировать сразу или на следующий день, но не позднее чем на третьи сутки после отбора. В процессе экоаналитической деятельности для обеспечения досто­верности результатов все реагенты, особенно применяе­мые в больших количествах (вода, прочие растворители), должны быть по возможности высокой чистоты. Для оп­ределения очень низких концентраций даже реагенты вы­сокой чистоты перед применением необходимо очищать дополнительно. Поэтому реагенты (в том числе для рас­творения и стабилизации проб) следует выбирать исходя не только из их химических свойств, но и из возможности качественной оценки. Так, предпочтительнее кислоты, которые можно перегнать при низкой температуре (НС1, HNO₃). Следует избегать использования окрашенных пробок, поскольку пигменты могут загрязнять хранящие­ся под ними пробы.

Материалы, из которых изготовлены сосуды, устрой­ства и инструменты для отбора проб, должны быть устой­чивы к воздействию образца или реагента. Их поверхность должна быть гладкой и легко очищаться. В этом отноше­нии наилучшие свойства у посуды из тефлона, однако следует учитывать, что она имеет зернистую структуру и может адсорбировать многие соединения.

Желательно использовать тщательно вымытые стек­лянные (притертые) или полиэтиленовые пробки. Корко­вые или резиновые пробки предварительно кипятят в дистиллированной воде или обертывают полиэтиленовой пленкой.

Подготовленная для отбора образцов или проб стек­лянная или полиэтиленовая посуда через несколько часов накапливает на поверхности загрязнения, адсорбируя их из воздуха лаборатории, поэтому ее необходимо обраба­тывать непосредственно перед употреблением.

Большие трудности при определении фоновых и сле­довых количеств загрязняющих веществ возникают в свя­зи с тем, что уровни их содержания в природных объектах могут быть сравнимы с количествами этих соединений, вносимыми в образец с используемыми в анализе реаген­тами или при поступлении из окружающего воздуха. Влияние указанных примесей на результаты анализа в об­щем случае оценить довольно сложно, поэтому на после­дующих стадиях анализа их пытаются учесть с использо­ванием холостого опыта.

Источником искажающих анализ загрязнений проб воздуха могут быть как мешающие примеси в анализируе­мой воздушной среде, так и сам аналитик. В частности, в продуктах жизнедеятельности человека, выделяемых в воздух, идентифицировано около 135 различных соедине­ний, часть из которых потом поглощается анализируемы­ми средами из воздуха (например, бензол, толуол, хлорорганические соединения, полиароматические углеводоро­ды и др.) или концентрируется на волосах и коже. А табачный дым, выдыхаемый курильщиком, содержит в среднем от 0,1 до 27 нг диметилнитрозамина. Содержа­щиеся в воздухе лаборатории примеси могут поглощаться сорбентами, используемыми для концентрирования и разделения определяемых веществ. По этой причине фильтровальную бумагу и пластинки следует хранить в специальных условиях.

Особенностью хранения проб воздуха является то, что таковые (воздух, отобранный в специальные емкости) практически не хранят. Исключение составляют пробы веществ, отделенных от воздушной среды путем аспирации в жидкость или сорбции на твердые поглотители. При этом в первом случае применяют все описанные процедуры стабилизации и хранения водных (жидкостных) проб, а во втором — процедуры стабилизации и хранения проб почвы.

Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на стационарных постах.

Стационарный пост наблюдений — это специально оборудованный павильон, в котором размещена аппара­тура, необходимая для регистрации концентраций загряз­няющих веществ и метеопараметров по установленной программе.

Перед установкой поста следует проанализировать расчетные поля концентраций по всем ингредиентам от совокупности выбросов всех стационарных и передвиж­ных источников; особенности застройки и рельефа мест­ности; перспективы развития жилой застройки и расшире­ния промышленных предприятий; интенсивность движения автотранспорта, плотность населения; метеоусловия, ха­рактерные для данной местности.

Пост должен находиться вне аэродинамической тени зданий и зоны зеленых насаждений. Его территория должна хорошо проветриваться и не подвергаться воздей­ствию близко расположенных источников загрязнения ат­мосферы (автостоянок, мелких предприятий с низкими трубами и т. п.).

На стационарных постах для проведения наблюдений используют комплектные лаборатории типа ПОСТ, пред­ставляющие собой утепленный, обитый дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха и про­ведения метеорологических измерений.

Отечественная промышленность выпускает две моди­фикации комплектных лабораторий — ПОСТ-1 и ПОСТ-2. Последняя отличается более высокой произво­дительностью и степенью автоматизации. В лабораториях ПОСТ-1 и ПОСТ-2 могут устанавливаться газоанализато­ры ГКП-1 (на SO₂), ГМК-3 (на СО), метеорологическая станция М-49, мачта для установки датчика ветра, фильт­ры для отбора пыли типа АФА, термостат для подогрева отбираемых проб воздуха при температурах окружающего воздуха менее 5 °С (обеспечивает нагрев воздуха для анализа на загрязнения до температуры более 5 °С при тем­пературах окружающего воздуха не менее —40 °С). Пре­дусмотрены передача результатов измерений по каналам связи, буферирование накопленной информации в тече­ние 30 суток, передача сообщений в случае превышения уровней ПДК, пожарной опасности, нарушения терморе­жимов, отказа сети питания.

На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеопараметрами осуществляют круглогодично, во все сезоны независимо от погодных ус­ловий. На опорных постах проводят наблюдения за со­держанием пыли, SO₂, CO, NO₂ (основные загрязняющие вещества) и специфическими веществами, которые харак­терны для промышленных выбросов данного населенного пункта, на неопорных постах — за специфическими ве­ществами. Наблюдения за основными загрязняющими веществами на этих постах допускается проводить по со­кращенной программе и не проводить, если среднемесяч­ные концентрации этих веществ в течение года не превышают 0,5 среднесуточной ПДК.

Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы

на маршрутных постах.

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводят с помощью передвижной аппаратуры. В качестве передвижного поста используют автолабораторию «Атмосфера-2», смонтированную в салоне автофургона УАЗ-452А (либо другого автомобиля).

Салон автофургона разделен стенкой на два отсека: приборный и вспомогательный. В приборном отсеке размещены оборудование для отбора проб воздуха на газовые примеси, сажу, пыль; измерительный пульт анерумбометра М-49 и пульт управления. Во вспомогательном 4 отсеке размещены датчики температуры и влажности, распределительный щит, кабель на катушке, аккумуля­торные батареи и другое оборудование.

На крыше автофургона укреплена съемная платформа, на которой размещены ящик с датчиком скорости и на­правления ветра, мачта для установки в рабочее положе­ние датчиков и выносная штанга для крепления датчиков температуры, влажности и анерумбометра. Отбор проб воз­духа на газовые примеси производят на высоте 2,6 м от уровня земли. Оба канала отбора проб оборудованы об­щим нагревателем, включаемым при температурах наруж­ного воздуха ниже 5 °С. Терморегулятор обеспечивает авто­матическое поддержание температуры пробы не ниже 5 °С.

В автолаборатории «Атмосфера-2» используют полуко­личественные переносные приборы-индикаторы, предназ­наченные для определения содержания SO₂ и H₂S («Атмос­фера-1») и С1₂ и О₃ («Атмосфера-2») в атмосферном воз­духе. Производительность автолаборатории составляет око­ло 5000 отборов проб в год, в день можно произвести от­бор 8—10 проб воздуха, что соответствует 4—5 точкам маршрута, по которому передвигается пост в городе. По­рядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняют таким образом, чтобы отбор проб в каждом пункте прово­дился в разное время суток. Например, в первый месяц машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во второй — в порядке их убывания, а в третий — с сере­дины маршрута к концу и от начала к середине.

На маршрутных постах проводят наблюдения за ос­новными загрязняющими веществами и специфическими веществами, характерными для выбросов данного насе­ленного пункта.

Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на передвижных (подфакельных) постах

Передвижные (подфакельные) посты предназначены для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния источника загрязнения атмосферы. Подфакельные наблюдения за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия, осуществляют по специально разрабатываемым программам и маршрутам — с учетом объ­ема выбросов и их токсичности.

Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загряз­нения с учетом закономерностей распространения загряз­няющих веществ в атмосфере. Отбор проб производят последовательно по направлению ветра на расстояниях 0,2—0,5; 1; 2; 3; 4; 6; 8; 10; 15 и 20 км от стационарного источника выброса, а также с наветренной стороны ис­точника.

В зоне максимального загрязнения (по данным расче­тов и экспериментальных замеров) отбирают не менее 60 проб воздуха, а в других зонах количество проб должно быть не менее 25. Отбор проб воздуха при подфакельных измерениях производят на высоте 1,5 м от поверхности земли.

Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха автотранспортом.

Автотранспорт в крупных городах является основным источником загрязнения атмосферного воздуха. Количе­ство выбросов автотранспорта, поступающих в атмосфе­ру, зависит от качественного и количественного состава парка автомобилей, условий организации уличного дви­жения и ряда других факторов. В настоящее время дейст­вует целый ряд нормативных документов, регламенти­рующих содержание оксида углерода и других примесей в отработавших газах (ОГ) двигателей, например ГОСТ 17.2.2.03—87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и ме­тоды измерения содержания оксида углерода и углеводо­родов в отработавших газах бензиновых двигателей», ГОСТ 17.2.02.06—99 «Охрана природы. Атмосфера. Нор­мы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных ав­томобилей».

В целях снижения вредного воздействия ОГ на окру­жающую среду необходим контроль их токсичности, ко­торый производят при техническом обслуживании авто­мобилей, после регулировки карбюраторных двигателей, при выборочных проверках ГИБДД, СЭС.

Регулировку систем зажигания предписывается прово­дить только на станциях технического обслуживания и автозаправочных станциях. Проверку токсичности ОГ двигателей автомобилей на предприятиях, имеющих менее 50 машин, проводят специализированные организации. Не разрешается выпуск на линию машин с концентраци­ей в ОГ вредных веществ, превышающей нормы, установ­ленные соответствующим ГОСТом.

Возможности использования стационарных и пере­движных постов для контроля выбросов автотранспорта ограничены. Это связано с тем, что примеси от низких источников выбросов распространяются иначе, чем от высоких. Максимальная концентрация загрязняющих ве­ществ в выбросах автотранспорта наблюдается на самой транспортной магистрали, а при удалении от обочины резко падает, достигая на расстоянии 15—30 м от дороги фонового уровня.

Измерение уровня загрязнения воздуха, обусловленно­го выбросами автотранспорта, обычно проводят в комп­лексе с измерением выбросов промышленных источни­ков. На автомагистралях и прилегающей к ним территории жилой застройки определяют содержание основных ком­понентов ОГ: СО, углеводородов, оксидов азота, акроле­ина, формальдегида, соединений свинца и продуктов их фотохимического превращения.

При проведении специальных (не в комплексе) на­блюдений определяют:

— максимальные значения концентраций основных примесей и периоды их наступления при различных метео­условиях и интенсивности движения транспорта;

• границы зон и характер распространения примесей по мере даления от магистралей;

особенности распространения примесей в жилых кварталах различного типа застройки и в зеленых зонах, примыкающих к автомагистралям;

• особенности распространения транспортных пото­ков по магистралям города.

Наблюдения проводят во все дни рабочей недели еже­часно с 6 до 13 ч или с 14 до 21 ч, чередуя дни с утренни­ми и вечерними часами наблюдения. В ночное время на­блюдения проводят 1—2 раза в неделю.

Точки наблюдения выбирают на городских улицах с интенсивным движением транспорта, в местах, где часто производится торможение автомобилей, в местах скопле­ния вредных примесей за счет слабого рассеивания (под мостами, путепроводами, в туннелях, на узких участках улиц и дорог с многоэтажными зданиями), а также в зо­нах пересечения двух и более улиц с интенсивным движе­нием транспорта.

Места для размещения приборов выбирают на середи­не разделительной полосы, на тротуаре и за пределами тротуара — на расстоянии половины ширины проезжей части одностороннего движения. Пункт, наиболее уда­ленный от автомагистрали, должен располагаться не ме­нее чем в 0,5 м от стены здания. На улицах, пересекаю­щих основную магистраль, пункты наблюдений размеща­ют по краям тротуара и на расстояниях, превышающих ширину магистрали в 0,5; 2; 3 раза.

В кварталах старой застройки (сплошные ряды зданий с отдельными арочными проемами в них) места для раз­мещения пунктов наблюдений выбирают в центре внутриквартального пространства.

Интенсивность движения транспорта определяют пу­тем учета числа проходящих транспортных средств, кото­рые делятся на пять основных категорий: легковые авто­мобили; грузовые автомобили; автобусы; дизельные авто­мобили и автобусы; мотоциклы — ежедневно в течение двух-трех недель в период с 5—6 ч до 21—23 ч, а на транзитных трассах — в течение суток. Подсчет количества проходящих транспортных единиц проводят в течение 20 мин каждого часа, а в двух-, трехчасовые периоды наи­большей интенсивности движения автотранспорта — каждые 20 мин. Среднюю скорость движения транспорта определяют по показанию спидометра автомашины, дви­жущейся в потоке транспортных средств на участке про­тяженностью от 0,5 до 1 км данной магистрали. На осно­вании результатов наблюдений вычисляют средние значе­ния интенсивности движения автотранспорта в течение суток (или за отдельные часы) в каждой из точек наблю­дения.

Метеорологические наблюдения при оценке загрязне­ния атмосферы выбросами автотранспорта включают из­мерения температуры воздуха и скорости ветра на уров­нях 0,5 и 1,5 м от поверхности земли. Аналогичные на­блюдения выполняют на метеостанции, расположенной за городом. При определении содержания в воздухе озона на метеостанции одновременно проводят наблюдения за интенсивностью прямой и суммарной солнечной ради­ации, которая оказывает существенное влияние на ско­рость протекания фотохимических реакций в воздухе, об­разования озона и фотохимического смога.

Мониторинг загрязнения снежного покрова.

Снежный покров является удобным индикатором за­грязнения атмосферных осадков, атмосферного воздуха, а также загрязнения воды и почв в результате таяния снега, так как:

• при образовании и выпадении снега в результате процессов его сухого и влажного вымывания концентра­ция загрязняющих веществ в нем оказывается обычно на два-три порядка выше, чем в атмосферном воздухе;

• отбор проб очень прост и не требует специального сложного оборудования; послойный отбор дает возмож­ность отследить динамику загрязнения за зимний период; одна проба, взятая по всей толщине снежного покрова, дает представительные данные о загрязнении в период от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы;

• снежный покров позволяет решить проблему количественного определения суммарных параметров загряз­нения (сухих и влажных выпадений снега);

• снежный покров является эффективным индикато­ром процессов закисления природных сред.

Мониторинг загрязнения снежного покрова позволяет отслеживать загрязнение окружающей среды сульфатами, нитратами, ионами аммония, основаниями, тяжелыми металлами, полициклическими ароматическими нефтя­ными углеводородами, хлорорганическими пестицидами и другими веществами.

Снежный покров также может быть использован для определения вещественного состава и мощности выбро­сов предприятий, доли вещества, увлекаемого в дальний и локальный перенос, дистанционных измерений пара­метров загрязнения местности, в том числе и из космоса (измерение альбедо).

Мониторинг загрязнения снежного покрова осуществ­ляют на базе снегомерной сети, используемой для опре­деления физических параметров снежного покрова (высо­ты, плотности, влагозапаса).

Отбирают пробы снега для определения параметров его загрязнения весовым снегомером во время проведе­ния плановых снегосъемок в период максимального вла-госодержания (влагозапаса) в снеге один раз за зиму. В месте отбора снегомер врезают на всю толщину снежно­го покрова до поверхности земли, после чего трубу с кер­ном снега вытаскивают, поддерживая внизу полиэтилено­вой лопаткой. Время пребывания снега в металлическом снегомере должно быть минимальным. Нижняя (режу­щая) часть снегомера и основание столбика снежного керна должны быть тщательно очищены от частиц грунта.

Определение параметров загрязнения проводят путем анализа одной сборной пробы, которая с заданной точно­стью должна характеризовать среднюю концентрацию за­грязняющего вещества на маршруте. Этого достигают от­бором нескольких частных проб в пунктах определения плотности снега. Наиболее часто сборная проба имеет объем 2—4 л и состоит из 4—6 частных проб, равномерно размещенных на снегомерном маршруте. Часто для отбо­ра проб снега используют метод конверта.

Первичная обработка проб снега включает их растап­ливание и фильтрование. Если цель исследования состоит в определении параметров выпадения загрязняющих ве­ществ, необходима максимально возможная сохранность в пробах первичного состава загрязняющих веществ; сле­довательно, нужно применять режим быстрого таяния (без существенного подогрева пробы). Если необходимо спрогнозировать загрязнение почв и стоковых вод при ве­сеннем снеготаянии, условия таяния пробы должны быть максимально приближены к естественным, т. е. применя­ют режим медленного таяния.

Наблюдения за фоновым состоянием атмосферы.

Рост выбросов вредных веществ в атмосферу в резуль­тате процессов индустриализации и урбанизации ведет к увеличению содержания примесей на значительном рас­стоянии от источников загрязнения и к глобальным из­менениям в составе атмосферы, что, в свою очередь, мо­жет привести ко многим нежелательным последствиям, в том числе к изменению климата. В связи с этим в 60-е годы XX в. Всемирной метеорологической организацией (ВМО) была создана сеть станций мониторинга фонового загрязнения атмосферы (БАПМоН). Ее цель состояла в получении информации о фоновых уровнях концентра­ции загрязняющих атмосферу веществ, их вариациях и долгопериодных изменениях, по которым можно судить о влиянии антропогенной деятельности на состояние атмосферы.

Для осуществления фонового мониторинга создана сеть станций, которые подразделяют на базовые и реги­ональные. Базовые станции обеспечивают получение информации об исходном состоянии биосферы и распо­лагаются в районах, где отсутствует непосредственное антропогенное воздействие, в большинстве случаев — в биосферных заповедниках. На региональных станциях получают информацию о состоянии биосферы в зонах, подверженных антропогенному влиянию. Они могут располагаться вблизи урбанизированных районов.

В обязательную программу наблюдений на базовых и региональных станциях БАПМоН включены наблюдения за содержанием в воздухе SO₂, взвешенными аэрозольны­ми частицами, мутностью атмосферы, радиацией, хими­ческим составом осадков. Программа наблюдений может быть расширена за счет увеличения числа определяемых компонентов, в частности озона.

На станциях комплексного фонового мониторинга (СКФМ) проводят комплексное изучение содержания за­грязняющих веществ в компонентах экосистем (атмос­ферном воздухе, осадках, воде, почвах, биоте). В связи с этим программа наблюдений на СКФМ включает сис­тематические измерения содержания загрязнений одно­временно во всех средах, причем любые наблюдения по программе фонового мониторинга должны сопровож­даться комплексом метеорологических наблюдений, по­этому наблюдения желательно проводить на базе метео­станций.

В атмосферном воздухе на СКФМ определяют показа­тель аэрозольной мутности атмосферы, а также среднесу­точные концентрации:

• взвешенных веществ;

• озона;

• оксида и диоксида углерода;

• диоксида серы;

• сульфатов;

• 3,4-бенз-ос-пирена;

• ДДТ и других хлорорганических соединений;

• свинца, кадмия, ртути, мышьяка.

В атмосферных осадках определяют концентрацию в суммарных месячных пробах:

• свинца, кадмия, ртути, мышьяка;

• 3,4-бенз-а-пирена;

• ДДТ и других хлорорганических соединений; - рН;

• анионов и катионов.

Метеорологические наблюдения на СКФМ включают определение следующих параметров:

— температуры и влажности воздуха;

— скорости и направления ветра;

— атмосферного давления;

— облачности (количество, форма, высота);

— солнечного сияния;

— атмосферных явлений (туман, метели, грозы, пыль­ные бури и т. п.);

— атмосферных осадков (количество и интенсивность);

• снежного покрова (высота, содержание влаги);

• температуры почвы (на поверхности и в глубине);

• состояния поверхности почвы;

• радиации (прямая, рассеянная, суммарная, отраженная) и радиационного баланса;

• градиентов температуры, влажности и скорости вет­ра на высоте 0,5—10 м;

• градиентов температуры, влажности почвы на глу­бине 0—20 см;

• теплового баланса.

Обобщение результатов наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы.

Данные о результатах загрязнения атмосферного воз­духа и метеорологических параметрах поступают в отделы обеспечения информацией народно-хозяйственных орга­низаций управлений по гидрометеорологии, где они про­ходят контроль и сводятся в специальные таблицы на­блюдений за загрязнением атмосферы (ТЗА), которые подразделяются на четыре вида — ТЗА-1, ТЗА-2, ТЗА-3 и ТЗА-4:

ТЗА-1 — результаты разовых наблюдений за загрязне­нием атмосферного воздуха на сети постоянно действую­щих стационарных и маршрутных постов в одном городе или промышленном центре, а также данные метеорологи­ческих наблюдений;

ТЗА-2 — результаты подфакельных измерений;

ТЗА-3 — данные среднесуточных наблюдений за вы­падением и концентрацией пыли и газообразных приме­сей;

ТЗА-4 — данные суточных наблюдений с помощью га­зоанализаторов или других приборов и устройств непре­рывного действия.

Таблица ТЗА-1 состоит из основной и дополнительной (ТЗА-1д) таблиц. ТЗА-1 содержит восемь страниц (100— 120 наблюдений в месяц). В нее записывают данные на­блюдений за концентрациями примесей и метеопарамет­ров, соответствующих срокам отбора проб воздуха на ме­теостанциях. Таблица ТЗА-1д предназначена для записи концентраций примесей и метеорологических данных наблюдений на постах СЭН и других ведомств того же го­рода.

Формы таблиц ТЗА-1, ТЗА-3 и ТЗА-4 приведены в Приложении 2. Таблица ТЗА-2 составляется по методи­кам Росгидромета для каждого конкретного случая. После заполнения таблицы ТЗА-2 производят расчеты:

- средних концентраций (или выпадений) за все дни месяца;

- максимальных концентраций (или выпадений) за все дни месяца;

- то же за дни с осадками, в том числе с осадками до 5 мм и более;

-то же за дни без осадков

Для этих расчетов выбирают данные о скоростях ветра менее 2,2—5 и более 5 м/с, число случаев превышения ПДК.

За титульным листом ТЗА-4 следуют развернутые листы для записи фактических данных непрерывных 5 наблюдений за концентрациями одной примеси по од-). ному прибору. Количество листов ТЗА-4 должно соот­ветствовать числу приборов в городе. Данные помещают в порядке возрастания номеров постов. После заполнения таблиц и переноса данных на машинный носитель их сшивают вместе таким образом, чтобы данные наблюде­ний за все сроки следовали в порядке возрастания но­меров постов.

Лекция 5. Мониторинг загрязнения природных вод.

Составной частью ГСМОС является программа, по­священная водным проблемам — ГСМОС «Вода», с Центром в Канаде. В этой программе принимают актив­ное участие четыре специализированных учреждения ООН: Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Всемир­ная метеорологическая организация (ВМО) и Организация Объединенных Наций по вопросам образования, нау­ки и культуры (ЮНЕСКО).

Задачи программы ГСМОС «Вода»:

• мониторинг распространения и трансформации за­грязняющих веществ в водной среде;

• оповещение о серьезном нарушении состояния вод­ных объектов;

• напоминание правительствам о необходимости проведения мероприятий по охране, восстановлению и улуч­шению окружающей среды.

Программа ГСМОС «Вода» включает семь основных пунктов:

• создание всемирной сети станций мониторинга;

• разработку единой методики отбора и анализа проб воды;

• осуществление контроля за точностью данных;

• использование современных систем хранения и распространения информации;

• организацию повышения квалификации специалис­тов;

• подготовку методических справочников;

• обеспечение необходимым оборудованием (в от­дельных случаях).

В обработанном и систематизированном виде полу­ченная информация представлена в кадастровых издани­ях, таких как «Ежегодные данные о составе и качестве поверхностных вод суши» (по гидрохимическим и гидро­биологическим показателям) и Государственный водный кадастр (ГВК).

ГВК представляет собой систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны, включающий коли­чественные и качественные показатели, данные регистра­ции водопользователей и учета использования вод. Веде­ние ГВК предусмотрено Водным кодексом РФ. Основная задача ГВК — обеспечение народного хозяйства необхо­димыми данными о водных ресурсах, водных объектах, режиме, качестве и использовании природных вод, а так­же о водопользователях.

Формирование сети пунктов контроля качества поверхностных вод.

Контроль качества поверхностных вод в Российской Федерации осуществляют в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.3.07—82 «Охрана природы. Гидросфера. Пра­вила контроля качества воды, водоемов и водотоков». При этом проводят:

-наблюдения за уровнем загрязнения поверхностных вод по физическим, химическим, гидрологическим и гид­робиологическим показателям в режимных пунктах;

- наблюдения, предназначенные для решения специ­альных задач.

Каждый из этих видов наблюдений осуществляют в результате:

- предварительных (рекогносцировочных) наблюде­ний и исследований на водных объектах или их участках;

- систематических наблюдений на водных объектах в выбранных пунктах.

Основные задачи систематических наблюдений за ка­чеством поверхностных вод в системе мониторинга мож­но сформулировать следующим образом:

- систематическое получение как отдельных, так и усредненных во времени и пространстве данных о качест­ве воды;

-обеспечение хозяйственных органов и заинтересо­ванных организаций систематической информацией и прогнозами изменения гидрохимического режима и качества воды водоёмов и водотоков и экстренной информацией о резких изменениях загрязненности воды.

К задачам специальных наблюдений и исследований, определяемым в каждом конкретном случае, относятся:

- установление основных закономерностей процессов самоочищения;

- определение влияния накопленных в донных отло­жениях загрязняющих веществ на качество воды;

-составление балансов химических веществ водоемов или участков водотоков;

- оценка выноса химических веществ через замыкаю­щий створ рек;

- оценка выноса химических веществ с коллекторно-дренажными водами и др.

Для проведения мониторинга вод суши организуют:

- стационарную сеть пунктов наблюдений за естест­венным составом и загрязнением поверхностных вод;

- специализированную сеть пунктов для решения научно-исследовательских задач;

- временную экспедиционную сеть пунктов.

В основе организации и проведения наблюдений за качеством поверхностных вод лежат следующие принци­пы: комплексность и систематичность наблюдений, со­гласованность сроков их проведения с характерными гид­рологическими ситуациями, определение показателей качества воды по единым методикам. Соблюдение этих принципов достигается установлением программ контро­ля (по физическим, химическим, гидробиологическим и гидрологическим показателям) и периодичности его проведения, выполнением анализа проб воды по еди­ным или обеспечивающим требуемую точность методи­кам.

Сеть гидрохимических наблюдений должна охваты­вать:

в пространстве:

- по возможности все водные объекты, расположен­ные на территории изучаемого бассейна;

- всю длину водотока с определением влияния наибо­лее крупных его притоков и сброса сточных вод в него;

- всю акваторию водоема с определением влияния на него наиболее крупных притоков и сброса в него сточных вод;

во времени:

- все фазы гидрологического режима (весеннее поло­водье, летнюю межень, летние и осенние дождевые па­водки, ледостав, зимнюю межень);

- различные по водности годы (многоводные, средние и маловодные);

- суточные изменения химического состава воды;

- катастрофические сбросы сточных вод в водные объекты.

Под пунктом наблюдения следует понимать место на водоеме или водотоке, в котором производят комплекс работ для получения данных о качестве воды. Пункты наблюдений организуют в первую очередь на водоемах и водотоках, имеющих большое народно-хозяйственное значение, а также подверженных значительному загрязне­нию промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельско­хозяйственными сточными водами. На незагрязненных сточными водами водоемах и водотоках или их участках создают пункты для фоновых наблюдений.

Пункты наблюдений на водоемах и водотоках разме­щают в районах:

- расположения городов и крупных поселков, сточные воды которых сбрасываются в водоемы и водотоки;

- сброса сточных вод отдельно стоящими крупными промышленными предприятиями, территориально-про­изводственными комплексами, организованного сброса сельскохозяйственных сточных вод;

- мест нереста и зимовья ценных и особо ценных ви­дов промысловых рыб;

- предплотинных участков рек, важных для рыбного хозяйства;

- пересечения реками государственных границ;

- замыкающих створов больших и средних рек;

- устьев загрязненных притоков больших водоемов и водотоков.

Для изучения природных процессов и определения фонового состояния воды водоемов и водотоков пункты наблюдений создают также на не подверженных прямому антропогенному воздействию участках, в том числе на водоемах и водотоках, расположенных на территориях запо­ведников и национальных парков и являющихся уникаль­ными природными образованиями.

В пунктах наблюдений организуют один или несколь-|ко створов. Под створом понимают условное поперечное сечение водоема или водотока, в котором производится комплекс работ для получения данных о качестве воды. Местоположение створов устанавливают с учетом гидро­метеорологических и морфологических особенностей водного объекта, расположения источников загрязнения, количества, состава и свойств сбрасываемых сточных вод, интересов водопользователей и водопотребителей.

Один створ устанавливают на водотоках при отсутст­вии организованного сброса сточных вод в устьях загряз­ненных притоков, на незагрязненных участках водотоков, на предплотинных участках рек, на замыкающих участках рек, в местах пересечения государственной границы.

При наличии организованного сброса сточных вод на водотоках устанавливают два и более створов. Один из них располагают выше источника загрязнения (вне влия­ния рассматриваемых сточных вод), другие — ниже ис­точника (или группы источников) загрязнения в месте полного смешивания. Химический состав воды в пробе, отобранной в створе выше источника загрязнения, харак­теризует фоновые показатели качества воды водотока в данном пункте. Сравнение фоновых показателей с пока­зателями качества воды в пробе, отобранной ниже источ­ника загрязнения, позволяет судить о характере и степени загрязнения воды под влиянием источников загрязнения данного пункта. Изменение химического состава воды в пробах, отобранных в первом после сброса сточных вод створе и в расположенных ниже створах, дает возмож­ность оценивать самоочищающую способность водотока.

Верхний (первый) фоновый створ располагают в 1 км выше первого источника загрязнения. Выбор створов ни­же источника (или группы источников) загрязнения осу­ществляют с учетом комплекса условий, влияющих на ха­рактер распространения загрязняющих веществ в водото­ке. Необходимо, чтобы нижний створ характеризовал состав воды в целом по сечению, т. е. был расположен в месте достаточно полного (не менее 80%) смешивания сточных вод с водой водотока.

На реках, где створ полного смешивания находится далеко от источников загрязнения, процесс трансформа­ции части загрязняющих веществ может завершиться до створа полного смешивания, и их влияния на физические свойства и химический состав воды в этом створе может быть не обнаружено. В этом случае створ устанавливают исходя из интересов народного хозяйства на ближайшем участке водопользования. На реках, используемых для нужд рыбного хозяйства, такой створ устанавливают не далее 0,5 км от места сброса сточных вод.

При наличии группы источников загрязнения верхний (фоновый) створ располагают выше первого источника, нижний — ниже последнего. Исходя из интересов народ­ного хозяйства между створами выше и ниже источников загрязнения могут быть установлены дополнительные створы, которые должны характеризовать влияние от­дельных источников загрязнения.

Для наблюдений на водоеме в целом с учетом геомор­фологии береговой линии и других факторов устанавли­вают не менее трех створов, по возможности равномерно распределенных по акватории. При контроле на отдель­ных загрязненных участках водоемов створы устанавлива­ют с учетом условий водообмена водоемов.

На водоемах с интенсивным водообменом (коэффици­ент водообмена — более 5 раз в год) расположение ство­ров аналогично расположению их на водотоках: один створ устанавливают в 1 км выше источника загрязнения, вне зоны его влияния, остальные створы (не менее двух) располагают ниже источника загрязнения на расстоянии 0,5 км от места сброса сточных вод и непосредственно за границей зоны загрязнения.

На водоемах с умеренным (от 0,1 до 5 раз в год) и за­медленным (до 0,1 раза в год) водообменом один створ устанавливают вне зоны влияния источника или группы источников загрязнения, второй — совмещают с местом сброса сточных вод, остальные створы (не менее двух) располагают параллельно второму по обе его стороны на расстоянии 0,5 км от места сброса сточных вод и непо­средственно за границей загрязненной зоны.

Количество вертикалей в створе на водоеме определя­ется шириной зоны загрязненности: первую вертикаль располагают на расстоянии не далее 0,5 км от места сбро­са сточных вод или от берега, последнюю — непосредст­венно за границей зоны загрязнения.

Количество вертикалей в створе на водотоке определя­ется условиями смешивания речных вод со сточными во­дами или водами притоков: при неоднородности химиче­ского состава в створе устанавливают не менее трех вер­тикалей (на стрежне и на расстоянии 3—5 м от берегов), при однородности химического состава — одну вертикаль (на стрежне реки).

Количество горизонтов на вертикали определяется глубиной водоема или водотока в месте измерения: при глубине до 5 м устанавливают один горизонт (у поверхно­сти — в 0,2—0,3 м от поверхности воды летом и у нижней поверхности льда зимой), при глубине от 5 до 10 м — два (у поверхности и в 0,5 м от дна), а при глубине более Юм — три горизонта (дополнительный, промежуточный и расположенный на половине глубины).

Все пункты наблюдений за качеством воды водоемов и водотоков делят на четыре категории — в зависимости от частоты и детализации программ наблюдений. Назначе­ние и расположение пунктов контроля определяются пра­вилами наблюдений за качеством воды водоемов и водо­токов.

Пункты первой категории располагают на средних и больших водоемах и водотоках, имеющих важное народ­но-хозяйственное значение:

- в районах городов с населением свыше 1 млн жителей;

- в местах нереста и зимовья особо ценных видов промысловых рыб;

- в районах повторяющихся аварийных сбросов за­грязняющих веществ;

- в районах организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается высокая загрязненность воды.

Пункты второй категории размещают на водоемах и водотоках в пределах следующих участков:

- в районах городов с населением от 0,5 до 1 млн жи­телей;

- в местах нереста и зимовья ценных видов промысловых рыб (организмов);

- на важных для рыбного хозяйства предплотинных участках рек;

- в местах организованного сброса дренажных сточ­ных вод с орошаемых территорий и промышленных сточ­ных вод;

- при пересечении реками государственной границы;

- в районах со средней загрязненностью воды. Пункты третьей категории располагают на водоемах и водотоках:

- в районах городов с населением менее 0,5 млн жи­телей;

- на замыкающих участках больших и средних рек;

- в устьях загрязненных притоков больших рек и во­доемов;

- в районах организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается низкая загрязненность воды.

Пункты четвертой категории устанавливают:

- на незагрязненных участках водоемов и водотоков;

- на водоемах и водотоках, расположенных на территориях государственных заповедников и национальных парков.

Наблюдения за качеством воды ведут по определен­ным видам программ, которые выбирают в зависимости от категории пункта контроля. Периодичность проведе­ния контроля по гидробиологическим и гидрохимиче­ским показателям устанавливают в соответствии с катего­рией пункта наблюдений. При выборе программы конт­роля учитывают целевое использование водоема или водотока, состав сбрасываемых сточных вод, требования потребителей информации.

Параметры, определение которых предусмотрено обя­зательной программой наблюдений за качеством поверхностных вод по гидрохимическим и гидробиологическим показателям, приведены в табл. 2.

Наблюдения по обязательной программе на водотоках осуществляют, как правило, 7 раз в год в основные фазы водного режима: во время половодья — на подъеме, пике и спаде; во время летней межени — при наименьшем рас­ходе и при прохождении дождевого паводка; осенью — перед ледоставом; во время зимней межени.

Таблица 2

Параметры, определение которых предусмотрено обязательной программой наблюдений

Параметр	Единица измерения
Расход воды (на водотоках)	М3/с
Скорость течения воды (ввввводотоках)	м/с
Уровень воды (на водоемах)	м
Визуальные наблюдения	—
Температура	ЬС
Цветность	градус
Прозрачность	см
Запах	балл
Растворенный кислород	мг/дм3
Диоксид углерода	мг/дм3
Взвешенные вещества	мг/дм3
Водородный показатель (рН)	— .
Окислительно-восстановительный потенциал (Eh)	мВ
Хлориды (СГ)	мг/дм3
Сульфаты (S4~)	мг/дм3
Гидрокарбонаты (НСО3)	мг/дм3
Кальций (Са2+)	мг/дм3
Магний (Mg2+)	мг/дм3
Параметр		Единица измерения
Натрий (Na+)		мг/дм3
Калий (К+)		мг/дм3
Сумма ионов (Хи)		мг/дм3
Аммонийный азот (NH4)		мг/дм3
Нитритный азот (N0^")		мг/дм3
Нитратный азот (NO^")		мг/дм3
Минеральный фосфор (РО3,")		мг/дм3
Железо общее		мг/дм3
Кремний		мг/дм3
БПК5		мг О2/дм3
ХПК		мг Ог/дм3
Нефтепродукты		мг/дм3
СПАВ		мг/дм3
Фенолы (летучие)		мг/дм3
Пестициды		мг/дм3
Тяжелые металлы		мг/дм3

В водоемах качество воды исследуют при следующих гидробиологических ситуациях: зимой при наиболее низ­ком уровне воды и наибольшей толщине льда; в начале весеннего наполнения водоема; в период максимального Наполнения; в летне-осенний период при наиболее низ­ком уровне воды

Сокращенную программу наблюдений за качеством поверхностных вод по гидробиологическим и гидрохими­ческим показателям подразделяют на три вида:

-сокращенная программа предусматривает опреде­ление расхода воды (на водотоках), уровня воды (на во­доемах), температуры, концентрации растворенного кислорода, удельной электропроводности; визуальные на­блюдения;

- сокращенная программа 2 предусматривает определение расхода и скорости течения воды (на водотоках), уровня воды (на водоемах), температуры, рН, удельной электропроводности, концентрации взвешенных веществ, концентрации растворенного кислорода (ХПК, БПК₅), концентрации двух-трех загрязняющих веществ, основ­ных для воды в данном пункте контроля; визуальные на­блюдения;

- сокращенная программа 3 предусматривает опреде­ление расхода воды, скорости течения (на водотоках), уровня воды (на водоемах), температуры, рН, концентра­ции взвешенных веществ, концентрации растворенного кислорода, БПК₅, концентрации всех загрязняющих воду в данном пункте контроля веществ; визуальные наблюде­ния.

Гидрохимические показатели качества природных вод в пунктах контроля сопоставляют с установленными нор­мами качества воды.

Программы и периодичность наблюдений по гидрохи­мическим показателям для пунктов различных категорий приведены в табл. 3.

Таблица 3

Программы и периодичность наблюдений для пунктов различных категорий

Периодичность проведения контроля	Категория пункта наблюдений
	I	II	III	IV
Ежедневно	Сокращенная программа 1	Визуальные наблюдения	—	—
Ежедекадно	Сокращенная программа 2	Сокращенная программа 1	—	—
Ежемесячно	Сокращенная программа 3			—
В основные фазы водного режима	Обязательная программа

Внедрение в систему наблюдений за качеством воды гидробиологических методов позволяет непосредствен­но выяснить состав и структуру сообществ гидробионтов.

Полная программа наблюдений за качеством поверх­ностных вод по гидробиологическим показателям предус­матривает исследование:

- фитопланктона — общей численности клеток, числа видов, общей биомассы, численности основных групп,биомассы основных групп, числа видов в группе, массо­ вых видов и видов — индикаторов сапробности (гни­лостности);

- зоопланктона — общей численности организмов, общего числа видов, общей биомассы, числа основны групп, биомассы основных групп, числа видов в груп­пе, массовых видов и видов — индикаторов сапробности;

- зообентоса — общей численности, общей биомассы, общего числа видов, числа групп по стандартной разработке, числа видов в группе, числа основных групп, биомассы основных групп, числа массовых видов и видов — индикаторов сапробности;

- перифитона — общего числа видов, массовых видов, частоты встречаемости, видов - индикаторов сапробности;

- микробиологических показателей — общего числа бактерий, числа сапрофитных бактерий, отношения общего числа бактерий к числу сапрофитных бактерий;-

- фотосинтеза фитопланктона и деструкции органического вещества, определение отношения интенсивности фотосинтеза к деструкции органического вещества, содержания хлорофилла;

- макрофитов — проектного покрытия опытной площадки, характера распространения растительности, общего числа видов, числа преобладающих видов.

Сокращенная программа наблюдений за качеством поверхностных вод по гидробиологическим показателям предусматривает исследование:

- фитопланктона — общей численности клеток, общего числа видов, массовых видов и видов — индикато­ров сапробности;

- зоопланктона — общей численности организмов, общего числа видов, массовых видов и видов — индикаторов сапробности;

- зообентоса — общей численности групп по стан­дартной разработке, числа видов в группе, числа основных групп, массовых видов и видов — индикаторов сапробности;

- перифитона — общего числа видов," массовых видов, видов — индикаторов сапробности, частоты встреча­емости.

Программы и периодичность наблюдений по гидробио­логическим показателям для станций различных катего­рий приведены в табл. 4.

Таблица 4

Программы и периодичность наблюдений по гидробиологическим показателям

Периодичность проведения контроля	Категория пункта наблюдений
	I	II	III	IV
Ежемесячно	Сокращен­ная про­грамма	Сокращен­ная про­грамма	Сокращенная про­грамма (контроль в ве­гетационный период)
Ежеквартально	Полная программа

Программы и периодичность наблюдений по гидробио­логическим показателям для станций различных катего­рий приведены в табл. 4.

Отбор проб воды

Процедура отбора проб воды регламентируется требо­ваниями ГОСТ Р 51592—2000 «Вода. Общие требования к отбору проб», ГОСТ Р 51593—2000 «Вода питьевая. Отбор проб» и др. Чаще всего на водоеме отбирают так называе­мые разовые пробы. Однако при обследовании водоема может возникнуть необходимость отбора серий проб - из поверхностного, глубинного, придонного слоев вод и т. д. Пробы могут быть отобраны также из подземных источ­ников, водопровода и т. п. Усредненные данные о составе вод дают смешанные пробы.

Проба воды должна быть представительной (репрезен­тативной), т. е. в максимальной степени характеризовать качество воды по данному показателю, типичной и неис­каженной вследствие концентрирования и других факто­ров. Различные виды водоемов (водоисточников) обус­ловливают некоторые особенности отбора проб в каждом случае.

При отборе проб воды можно решить две задачи: по­лучить характеристику водоема (водотока); получить ха­рактеристику источника загрязнения и оценить его влия­ние на окружающую среду.

Если решается первая задача, то не рекомендуется от­бирать пробы:

- в местах, подверженных влиянию притоков (для водотоков) и в устьевых районах (для водоемов);

- вблизи мест с активной антропогенной деятельно­стью (вблизи населенных пунктов, предприятий, приста­ней);

- в местах слабого водообмена, заливах, заводях, за­рослях макрофитов, в затонах, на мелководье.

Если решается вторая задача, то, напротив, следует стремиться к отбору проб вблизи источника загрязнения или в нем самом.

Пробы из рек и водных потоков отбирают для опреде­ления качества воды в бассейне реки, пригодности воды для пищевого использования, орошения, для водопоя скота, рыборазведения, купания и водного спорта, уста­новления источников загрязнения.

Для определения влияния места сброса сточных вод и вод притоков пробы отбирают выше по течению и в точ­ке, где произошло полное смешивание вод. Следует иметь в виду, что загрязнения могут быть неравномерно рас­пространены по потоку реки, поэтому обычно пробы от­бирают в местах максимально бурного течения, где пото­ки хорошо перемешиваются. Пробоотборники помещают вниз по течению потока, располагая на нужной глубине.

При централизованном водоснабжении в населенном пункте пробы воды из водоема можно брать в точке водо­забора по глубине и по ширине реки. Для характеристи­ки источника централизованного водоснабжения при существующем водозаборе допускаются отбор и первич­ная оценка проб непосредственно после насосов первого подъема.

Пробы из природных и искусственных озер (прудов) отбирают, учитывая длительность существования озер; поэтому на первый план выступают мониторинг качества воды в течение длительного периода времени — несколь­ких лет, а также установление последствий антропоген­ных загрязнений воды (мониторинг ее состава и свойств). Качество воды в водоемах (и водотоках) носит цикличе­ский характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине ежедневные пробы следу­ет отбирать в одно и то же время суток, а продолжитель­ность сезонных исследований должна составлять не менее одного года, включая исследования серий проб, отобран­ных в течение каждого времени года.

Пробы грунтовых вод отбирают для определения их пригодности в качестве источника питьевой воды, а так­же для технических или сельскохозяйственных целей, для определения влияния на качество грунтовых вод потен­циально опасных хозяйственных объектов, при проведе­нии мониторинга загрязнителей грунтовых вод.

Грунтовые воды изучают, отбирая пробы из артезиан­ских скважин, колодцев, родников. Следует иметь в виду, что качество воды в различных водоносных горизонтах может значительно различаться, поэтому при отборе про­бы грунтовых вод следует оценить доступными способами глубину горизонта, из которого отобрана проба; возмож­ные градиенты подземных потоков; информацию о составе подземных пород, через которые пролегает горизонт. Поскольку в точке отбора пробы концентрации различ­ных примесей могут отличаться от их концентраций в во­доносном слое, необходимо откачивать из скважины (или родника, делая в нем углубление) воду в количестве, до­статочном для обновления воды в скважине, водопрово­де, углублении и т. п.

Пробы из водопроводных сетей отбирают в целях определения общего уровня качества водопроводной воды, поиска причин загрязнения распределительной сис­темы, контроля степени возможного загрязнения питье­вой воды продуктами коррозии и др. Для получения репрезентативных проб в этом случае соблюдают сле­дующие правила:

- отбор проводят после спуска воды в течение 10 -15 мин — времени, обычно достаточного для обновления воды с накопившимися загрязнителями;

- для отбора не используют концевые участки водо­проводных сетей, а также участки с трубами малого диа­метра (менее 1,2 см);

- для отбора используют по возможности участки с турбулентным потоком — краны вблизи клапанов, изгибов;

- при отборе вода должна медленно течь в пробоотборную емкость до ее переполнения.

Место отбора проб сточных вод оценивают и выбира­ют только после подробного ознакомления с технологией производства, потреблением и сбросом воды, местополо­жением цехов объекта, системой его канализации, назна­чением и работой отдельных элементов систем очистки. Следует обращать внимание (фиксировать в протоколе) на сопровождавшие отбор гидрологические и климатиче­ские условия, такие как осадки и их обилие, паводки, за­стойность водоема и др.

Посуда для отбора проб должна быть чистой. Сосуды, предназначенные для отбора проб, предварительно тща­тельно моют, ополаскивают не менее трех раз отбираемой водой и закупоривают стеклянными или пластмассовыми пробками, прокипяченными в дистиллированной воде. Между пробкой и отобранной пробой в сосуде оставляют воздух объемом 5—10 мл. В общую посуду отбирают про­бу на анализ только тех компонентов, которые имеют одинаковые условия консервации и хранения.

Для отбора проб воды применяют батометры различ­ной конструкции: ГР-18, ГР-16М, Рутинера и др.

Отбор проб донных отложений

Донные отложения отбирают для определения харак­тера, степени и глубины проникновения в них загрязняю­щих веществ, изучения закономерностей процессов само­очищения водоемов и водотоков, выявления источников вторичного загрязнения и учета воздействия антропоген­ного фактора на водные экосистемы.

Проба при этом должна характеризовать не столько донные грунты, сколько водный объект или его часть за определенный промежуток времени. В водоемах и водо­токах точки отбора проб выбирают с учетом распределе­ния донных отложений и их перемещения. Отбор таких проб обязателен в местах максимального накопления донных отложений (места сброса сточных вод и впадения боковых потоков, приплотинные участки водохранилищ), а также в местах, где обмен загрязняющими веществами между водой и донными отложениями наиболее интенси­вен (судоходные фарватеры рек, перекаты, участки ветро­вых волнений). При оценке влияния сточных вод на степень загрязнения донных отложений и динамики на­копления загрязняющих веществ в них пробы отбирают выше и ниже места сброса во время характерных фаз гид­рологических режимов изучаемых водных объектов.

Способ отбора проб донных отложений выбирают в зависимости от свойств определяемых веществ и постав­ленной задачи. Для оценки сезонного поступления загрязняющих веществ и их поверхностного распределения в донных отложениях пробы отбирают из верхнего слоя, а при исследовании распределения загрязняющих веществ по годам донные отложения отбирают послойно. При этом пробы, отобранные на различных горизонтах, помещают в разную посуду. Пробы хранят в охлажден­ном (от 0 до —3 °С) или замороженном (до —20 °С) со­стоянии.Для отбора проб донных отложений применяют дночерпатели, трубки, донные щупы.

Наблюдения за загрязнением морских вод

Охрана морской среды предполагает прежде всего оценку современного состояния качества воды морей и океанов, что требует:

- проведения систематических наблюдений;

- изучения путей и параметров распространения и ес­тественной утилизации загрязняющих веществ для после­дующего определения возможного режима их сброса в море;

- составления прогноза динамики загрязнения морских вод на ближайшую и дальнюю перспективу по за­ данным значениям сброса отходов, гидрометеорологическими гидрохимическим условиям;

- разработки рекомендаций по оптимальному режиму сбросов в конкретных участках морей и океанов.

В отличие от пунктов наблюдений за качеством по­верхностных вод пункты наблюдений за качеством мор­ских вод подразделяют на три категории.

Пункты первой категории предназначены для наблю­дений, проводимых в важных народно-хозяйственных районах:

- в портах и на припортовых территориях;

- в местах нереста и сезонных скоплений ценных промысловых рыб и других морских организмов;

- в местах сброса городских, промышленных и сельскохозяйственных стоков;

- в местах разведки, добычи, транспортировки полезных ископаемых;

- в устьях крупных рек.

Пункты второй категории располагают:

- в прибрежных районах и районах открытого моря для исследований сезонной и годовой изменчивости уровня загрязнения;

- в районах миграции (морских течений) и доминирующих ветров.

Пункты третьей категории используют для контроля качества воды в открытом море, исследования годовой изменчивости и расчета баланса химических веществ.

На пунктах наблюдений, расположенных на устьевом взморье в замыкающем створе рек, при глубине реки 1—5 м отбор проб проводят на поверхности и у дна реки. При глубине реки 5—10 м наблюдения проводят на поверхно­сти, на половине глубины и у дна, а при глубине реки более 10 м — на поверхности, через каждые 5 м и у дна реки.

Наблюдения за качеством вод морей и океанов прово­дят по гидрохимическим и гидробиологическим показате­лям. Гидрохимические показатели, определение которых предусмотрено в рамках обязательной (полной) програм­мы наблюдений, представлены в табл. 5. В сокращенную программу гидрохимических наблюдений входят опреде­ление концентрации нефтяных углеводородов, растворен­ного кислорода, рН и визуальные наблюдения за поверх­ностью морского водного объекта.

В пунктах первой категории 2 раза в месяц (в 1-ю и 3-ю декады) осуществляют наблюдения по сокращенной про­грамме, 1 раз в месяц (во 2-ю декаду) — наблюдения по полной программе. В пунктах второй категории наблюде­ния проводят 5—6 раз в год по полной программе, в пунктах третьей категории — 2—4 раза в год по полной программе.

При появлении новых источников загрязнения, из­менении мощности, состава и форм сброса, вида водопользования и других сложившихся условий категория пункта и перечень наблюдаемых показателей могут быть изменены.

Таблица 5

Параметры, определение которых предусмотрено обязательной (полной) программой наблюдений

Параметр	Единица измерения
Нефтяные углеводороды	мг/дм3
Растворенный кислород	мг/дм3, %
рН	-
Визуальные наблюдения за состоянием поверх­ности	—
Хлорированные углеводороды, в том числе пес­тициды	мкг/л
Тяжелые металлы: ртуть, свинец, кадмий, медь	мкг/л
Фенолы (у поверхности, на 5, 10, 20 м глубины)	мкг/л
СПАВ (у поверхности, на глубине 10 м, у дна)	мкг/л
Дополнительные параметры, специфичные для данного района
Нитритный азот (NO2)	мкг/л
Кремний	мкг/л
Соленость воды	промилле
Температура воды и воздуха	°с
Скорость и направление ветра	м/с
Прозрачность	балл
Волнение (визуально)	балл

Полная программа наблюдений за качеством морских вод по гидробиологическим показателям предусматривает исследование:

- фитопланктона — общей биомассы, численности ос­новных групп и видов, биомассы основных групп и видов;

- зоопланктона — общей биомассы, численности ос­новных групп и видов, биомассы основных групп и ви­дов;

- микробных показателей — общей биомассы, количественного распределения индикаторных групп морской микрофлоры (сапрофитные, нефтеокисляющие, ксилол- окисляющие, фенол окисляющие, липолитические бактерии), интенсивности фотосинтеза фитопланктона.

Сокращенная программа наблюдений за качеством морских вод по гидробиологическим показателям предус­матривает исследование:

- фитопланктона — общей численности клеток, видового состава, числа и списка видов;

- зоопланктона — общей численности клеток, видо­вого состава, числа и списка видов;

- микробных показателей — общей численности мик­роорганизмов, числа сапрофитных бактерий, концентра­ции хлорофилла фитопланктона.

Наблюдения за качеством природных вод с помощью комплексных лабораторий

В настоящее время в отличие от газоаналитической аппаратуры технические средства для контроля загряз­нения вод и других жидкостей распространены несколько меньше. Однако для анализа состава поверхностных вод суши и морских вод широко используют комплексные ла­боратории, например КЛВ-1, СКЛАВ-1 и др.

Комплексная лаборатория анализа воды КЛВ-1 пред­ставляет собой конструкцию, состоящую из транспортной стойки, на которой устанавливают весь набор техниче­ских средств, уложенных в быстроснимаемые и легкопе­реносимые чемоданы, контейнеры для хранения проб, ус­тановки для экстрагирования. КЛВ-1 можно развернуть непосредственно у исследуемого водоема и полностью провести цикл гидрохимических анализов «первого дня».

Некоторые технические характеристики КЛВ-1:

- количество одновременно экстрагируемых проб - 0,5 - 6 л;

- количество одновременно фильтруемых проб: через бумажные фильтры — 12, через мембранные — 2;

- контейнер для хранения проб обеспечивает поддер­жание температуры воды не выше 10 °С при транспорти­ровке в течение 3—4 ч при температуре окружающего воздуха 35 °С.

Судовая комплексная лаборатория анализа воды СКЛАВ-1 предназначена для количественного химиче­ского контроля качества конденсата, добавочной, пита­тельной и котловой воды на всех судах, где установлены главные и вспомогательные паровые котлы.

Комплект приборов и оборудования лаборатории раз­мещен в трех автономных футлярах: в основном — собст­венно лаборатория; запасном — запасная посуда и обору­дование; переносном — емкости для химических реакти­вов. Футляры лаборатории изготовлены из дерева и покрыты полиэфирным лаком. Разнообразные приспо­собления для проведения наблюдений размещены на дверцах и полках лаборатории: на верхней полке — ем­кости с титрованными растворами, подача которых в бю­ретки осуществляется с помощью пневматической груши; на нижней полке — реактивы для проведения анализов.

Технические характеристики СКЛАВ-1:

- пределы измерений: общей жесткости — 0,1—0,5 мг-экв/л, щелочности 0,1—0,5 мг-экв/л, содержания хлоридов в конденсате — 0,1—4,5 мг/л, содержания хлоридов в котловой воде — от 5 мг/л и выше, содержания нитратов — 10—50 мг/л, содержания фосфатов — 10—50 мг/л, степени загрязнения воды нефтепродуктами: в кон­денсате — 1—20 мг/л, в лояльных и балластных водах — 10-350 мг/л, содержания растворенного в воде кислорода — О— 0,1 мг/л;

- питание лаборатории — от сети переменного тока:

- напряжение — 127/220 В, частота — 50 Гц;

- потребляемая мощность — 40 В А;

- габаритные размеры основного футляра — 525 х 320 х 550 мм;

- масса — около 30 кг.

Нормальная работа лаборатории обеспечивается при температуре окружающего воздуха 10—35 °С, относительной влажности до 80%, атмосферном давлении 99,75 ± 4 кПа.

Общую жесткость воды, щелочность, содержание хло­рид-иона определяют с помощью титровального блока. Исследование фосфатов и нитратов проводят в компара­торе, содержание нефтепродуктов определяют путем экс­трагирования их из воды. Результаты определения считы­вают с эталонных графиков, нанесенных на нижней пане­ли лаборатории. Содержание кислорода, растворенного в воде, определяют на установке, состоящей из компа­ратора с набором эталонных пленок, шприца-дозатора и вспомогательного оборудования.

Химическая посуда, приборы и емкости размещены в амортизационных гнездах и выдерживают качку и вибра­цию. Почти вся посуда изготовлена из химически стойких пластмасс. Крепления для посуды и оборудования имеют антикоррозийные покрытия, так как предусматривается работа лаборатории в агрессивных средах (морской воз­дух, пары растворителей).

Используя реактивы, размещенные в основном футля­ре, можно осуществить около 100 анализов. Весь запас реактивов позволяет провести около 3000 анализов.

В настоящее время выпускается также передвижная гидрохимическая лаборатория ПГХЛ-1 на базе автобуса ПАЗ-3201. В комплект ПГХЛ-1 входят переносные и по­левые аналитические приборы, позволяющие проводить анализ воды непосредственно на месте по 30 показа­телям, в том числе по рН, электропроводности, содержа­нию растворенного кислорода, мутности, концентрациямнитритов, хлоридов, гидрокарбонатов, ионов аммония и т. д. Измерения проводят три специалиста с помощью фотоколориметра КФК-2, иономера И-120М, комбини­рованного анализатора вод АКВ-106, микроскопов «Биолат Д12», МБС-9.

Стабилизация и хранение проб воды

Хранение проб воды, в том числе содержащих следо­вые количества исследуемых веществ, осложнено по­терями ее из-за сорбции на стенках сосудов и разруше­ния в растворителях и на поверхностях носителей под действием кислорода, света и других факторов внешней среды.

В воде протекают процессы окисления-восстановле­ния, биохимические процессы с участием бактерий и дру­гих живущих в ней объектов, а также физические и фи­зико-химические процессы сорбции, седиментации и др. В водных растворах, например, нитраты в присутствии органики могут восстанавливаться до нитритов или даже до ионов аммония (в отсутствие органики эти процессы могут идти в обратную сторону из-за наличия в воде рас­творенного кислорода), а сульфаты - до сульфитов. Рас­творенный кислород может расходоваться на окисление органических веществ. Могут изменяться и органолептические свойства воды — запах, цвет, мутность, вкус.

Некоторые элементы и их соединения способны до­вольно легко адсорбироваться на стенках сосудов (Fe, Al, Cu, Cd, Mn, Cr, Zn, PO4 и др.). Из стекла (особен­но темного) или пластмассы бутылей, напротив, ряд микроэлементов и следы веществ могут выщелачивать­ся (В, Si, Na, К). Указанные процессы иногда довольно значительно сказываются на достоверности и точности анализа, поэтому очень важно соблюдать предписан­ные технологические процедуры хранения и стабилиза­ции проб.

Особые меры предосторожности необходимо соблю­дать при хранении проб хлорированной водопроводной воды, содержащей, например, ПАУ в следовых концент­рациях (1—3 нг/л). Установлено, что даже при 5 °С в про­цессе хранения таких проб в течение 18 суток многие из углеводородов исчезают практически полностью. Поэто­му для устранения потерь ПАУ рекомендуется хранение проб стабилизировать добавлением сульфата натрия, а также хранить их в темноте.

При хранении сточных вод, например, нефтехимиче­ских предприятий следует учитывать присутствие в воде диспергированных нефтепродуктов, в капельках и плен­ках которых растворяется основная часть ПАУ. В част­ности, содержание 3,4-бенз-а-пирена в. стоках таких предприятий может на 3—4 порядка превышать его рас­творимость в чистой воде.

Для обычных, наиболее часто загрязняющих воду ве­ществ применяют довольно простые и проверенные спо­собы консервации и хранения проб. Однако при добавле­нии к водным пробам стабилизаторов всегда необходимо всесторонне учитывать те осложнения, которые могут возникнуть при анализе из-за их применения. Что касает­ся консервации сточных вод, то она вообще весьма за­труднительна.

Обобщение результатов наблюдений за загрязнением природных вод

Формы обобщения результатов наблюдений за загряз­нением природных вод устанавливаются специальными указаниями Росгидромета.

При обобщении материалов оценку качества воды во­доемов и водотоков по гидрохимическим и гидробиологи­ческим показателям осуществляют, сопоставляя результа­ты измерений контролируемых показателей в отдельных пунктах с установленными нормами качества воды.

Порядок и сроки передачи данных о качестве вод, в том числе экстренной информации о высоких уровнях за­грязнения, устанавливаются организациями, осуществ­ляющими контроль качества вод в пунктах УГКС, на тер­ритории деятельности которого проводят наблюдения, с учетом требований Росгидромета по срокам представле­ния информационных материалов.

Порядок действий при обнаружении экстремальных уровней загрязнения регламентируется специальными межведомственными указаниями.

Лекция 6. Мониторинг загрязнения почв.

Почва является наименее подвижной природной сре­дой, которая, в отличие от воздуха и воды, непосредст­венно не поступает в организм человека. Поэтому долгое время считалось, что антропогенное загрязнение этой среды не представляет прямой опасности для человека. Эта концепция относительной безопасности загрязнения почв предполагает их безграничную очистительную спо­собность, обеспечиваемую микроорганизмами.

Вместе с тем резко возрастающие антропогенные на­грузки на почву приводят к уменьшению ее способности к самоочищению и накоплению в ней персистентных ксенобиотиков, таких как полициклические ароматиче­ские углеводороды, полихлорированные бифенилы, некоторые виды пестицидов. Особое место в ряду почвенных загрязнителей занимают тяжелые металлы.

Загрязнение почвы происходит различными путями: в форме атмосферных выпадений, поверхностного стока, поступления загрязняющих веществ с почвенно-грунтовыми водами, вследствие химизации сельского и лесного хозяйства, за счет коммунальных отходов, отвалов, сва­лок, строительного мусора, разливов нефти и т.п.

Таким образом, почва выступает как долговременный, а порой и мощный источник вторичного загрязнения ок­ружающей среды веществами, оказывающимися в конеч­ном итоге либо в питьевой воде, либо в сельскохозяйст­венных продуктах.

Обобщенная программа мониторинга загрязнения почв

При оценке степени загрязнения почв ввиду чрезвы­чайно большой трудоемкости и стоимости работ не всегда нужна сплошная съемка загрязненных почв. Целесооб­разнее и экономичнее прослеживать пути их воздушного и водного загрязнения, анализируя объединенные образ­цы почв, отобранные на так называемых ключевых участ­ках, которые расположены в секторах-радиусах преобла­дающих воздушных потоков.

В основе контроля уровней загрязнения почвенного покрова лежат три основных параметра:

- размер (площадь) элементарного участка, с которого отбирают смешанный почвенный образец, отражающий уровень загрязнения почвы;

- количество проб, необходимое для составления репрезентативного смешанного почвенного образца;

- ключевой участок - наименьшая геоморфологиче­ская единица ландшафта, в достаточной мере отражаю­щая генезис и свойства почвы.

Ключевой участок, как правило, имеет размер 1—10 га и более. Основную долю ключевых участков при проведении мониторинга загрязнения почв следует располагать в направлении двух экстремальных лучей (румбов) розы ветров. При нечетко выраженной розе ветров участки должны характеризовать территорию равномерно в на­правлении всех румбов розы ветров.

В пределах ключевого участка выделяют элементарные участки, размеры которых зависят от расстояния от ис­точника загрязнения. Обычно руководствуются правилом: чем дальше от источника, тем больше должна быть пло­щадь элементарного участка. Кроме того, в пределах оп­ределенного элементарного участка выбирают рабочую (пробную) площадку, с которой отбирают пробы для со­ставления смешанного почвенного образца. Если размер элементарного участка довольно велик, а почвенный покров сложен, то в пределах участка выделяют несколь­ко пробных рабочих площадок (обычно 2—3). Размер и конфигурацию пробных площадок выбирают индивидуаль­но - в зависимости от контурности почвенного покрова, рельефа местности, характера растительности и т. п. За рациональный размер пробной площадки обычно прини­мают площадь около 1 га.

Вокруг предприятия площадки намечают следующим образом: в радиусе 1,5—2,5 км (зона наибольшей загряз­ненности) по 8 направлениям — румбам (хотя и не обяза­тельно строго по азимуту), в радиусе 2,5—5 км (зона зна­чительного влияния) — по 10—12 румбам, в радиусе 5— 10 км (зона обычно фиксируемого влияния объекта) по 16—24 румбам. В таком случае пробные площадки ока­зываются друг от друга на равномерном расстоянии — 1,5—2 км.

При сильном загрязнении вокруг мощных предприя­тий в направлении господствующих ветров территорию обследуют на расстоянии до 20—30 км, а в направлении наименьшей повторяемости и силы ветров — на вдвое меньшем расстоянии.

Чтобы глубже понять взаимосвязь между характерис­тиками почв, природными и хозяйственными условиями, проводят предварительное рекогносцировочное обследо­вание местности. Во время рекогносцировки проверяют почерпнутые из литературы и других источников сведе­ния об объекте исследования, формируют личные воззре­ния и закрепляют в памяти многие важные особенности объекта.

Рекогносцировочные обследования проводят марш­рутным путем, более или менее подробно — в зависимос­ти от природной сложности территории, степени ее изу­ченности, площади и масштаба обследований. При де­тальном обследовании почв вокруг единичного источника загрязнения достаточно 1—2 раза пересечь участок. При обследовании больших площадей (сельскохозяйственных угодий, местности вокруг городов и т. д.) рекогносциров­ка требует значительных усилий и времени, чтобы охва­тить маршрутами местность, пересекая ее по главным орографическим элементам.

В результате рекогносцировочного обследования вы­являют основные ландшафтные особенности территории, общие закономерности пространственных изменений почвенного покрова, главные формы почвообразования и др. Параллельно идет ознакомление с местным фондовым материалом, сбор сведений о климате и микроклимате, погодных условиях последних лет, о статистике заболева­ний населения, которые могут быть вызваны повышен­ным содержанием загрязняющих веществ в окружающей среде.

При проведении исследований составляют паспорт об­следуемого участка, описание пробной площадки, описа­ние почвы и заполняют сопроводительный талон.

Для контроля загрязнения почв техногенными отхода­ми производства отбор проб проводят один раз в 3 года. На территории детских садов, лечебно-профилактических учреждений и зон отдыха уровень загрязнения почв конт­ролируется не реже двух раз в год — весной и осенью (ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактерио­логического, гельминтологического анализа»).

Отбор, стабилизация и хранение проб почвы

Точечные пробы почвы отбирают методом конверта по диагонали или другим способом, следя за тем, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для исследуемых почвенных горизонтов и ключевых уча­стков.

Метод конверта — наиболее распространенный способ отбора смешанных почвенных образцов и чаще всего применяется для исследования почвы гумусового гори­зонта. При этом из точек контролируемого элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположе­ны так, чтобы, мысленно соединив их прямыми линиями, получить изображение запечатанного конверта (длина его стороны может составлять от 2 до Юм). Обычно при изу­чении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см, что соответствует длине штыка ло­паты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (что по объе­му соответствует примерно 0,5 л), но не менее 0,5 кг поч­вы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).

Объединенную пробу почвы готовят из точечных проб. При определении в почве поверхностно-распределяющих­ся веществ (ПАУ, тяжелые металлы, радионуклиды и др.) точечные пробы обычно отбирают с помощью трубчатого пробоотборника послойно на глубине 0,5 и 20 см массой до 0,2 кг. При оценке загрязнения почвы летучими соеди­нениями или веществами с высокой способностью к вертикальной миграции (нитрозоаминами) пробы отбира­ют по всей глубине почвенного профиля в герметично за­крывающиеся емкости. При невозможности быстрого анализа на месте пробы хранят в условиях, как правило, описанных в методиках анализа.

Определенные трудности возникают при отборе почвы для радиологических исследований, что связано с пере­распределением радионуклидов в ландшафтах после пос-тупления их из атмосферы. Для снижения влияния релье­фа, вида почв и растительности, а также для обеспечения возможности сравнения данных отбор образцов следует проводить таким образом, чтобы их радиоактивность ха­рактеризовала как можно большую территорию, а места отбора были ограничены участками с горизонтальной по­верхностью и минимальным стоком. Кроме того, образцы радиоактивных проб должны отбираться с открытых це­линных участков с ненарушенной структурой.

При экоаналитическом контроле загрязнения почв пестицидами и минеральными удобрениями, как и во всех остальных случаях, стараются проводить анализ проб почвы на содержание остатков химикатов как можно раньше — в естественно-влажном состоянии. Если в те­чение одного дня анализ провести невозможно, пробы, отобранные для определения содержания, например, хлор-органических пестицидов (ХОП), высушивают до воздуш­но-сухого состояния в темном помещении. При опреде­лении фосфорорганических пестицидов (ФОП) почвен­ные пробы рекомендуется хранить в холодильнике без высушивания не более трех суток при температуре не вы­ше 4 °С. Время хранения ФОП — не более 10 суток, а ХОП — не более 30 суток.

Контроль загрязнения почв пестицидами

Пестициды (от лат. pestis — зараза и caedo — убиваю) (ядохимикаты) представляют собой химические препара­ты для борьбы с сорняками (гербициды), вредителями (инсектициды, акарициды, зооциды и др.) и болезнями (фунгициды, бактерициды и др.) культурных растений. В группу пестицидов также включают дефолианты и ре­гуляторы роста растений. Большинство пестицидов пред­ставляют собой синтетические органические вещества.

Признавая несомненный эффект химического способа борьбы с вредителями сельского хозяйства, следует учитывать возможное побочное действие ядохимикатов на другие компоненты природных экосистем. При система­тическом применении стойких высокотоксичных пести­цидов, особенно в завышенных дозах, наблюдается за­грязнение ими окружающей среды, что приводит к унич­тожению полезных насекомых, птиц, рыб, зверей, а также отравлению людей непосредственно пестицидами или продуктами, в которых они способны накапливаться.

Использование пестицидов регламентируется законо­дательством во всех странах. В Российской Федерации широко используют более 100 индивидуальных пестици­дов, при этом гидрометеослужбы и агрохимические служ­бы контролируют остаточное содержание в почве только около 30 видов пестицидов.

При подготовке к наблюдению за загрязнением почв пестицидами в полевых условиях необходимо изучить имеющийся материал о физико-географических парамет­рах объекта исследования, длительности применения пес­тицидов в хозяйствах изучаемого объекта; выявить так на­зываемые выборочные хозяйства — наиболее интенсивно (по объему) применявшие ядохимикаты в течение последних 5—7 лет; проанализировать материалы об урожайности сельскохозяйственных культур и т. д.

Исследование загрязнения почв пестицидами прово­дят на постоянных и временных пунктах наблюдений. Постоянные пункты создают в различных хозяйствах района обследования не менее чем на 5-летний период. Численность постоянных пунктов зависит от количества и размеров хозяйств. В их задачи входит контроль уровня загрязнения почв на территории выборочных хозяйств, а также молокозаводов, мясокомбинатов, элеваторов, пло­доовощных баз, птицеферм, рыбхозов, лесхозов и т. д.

На временных пунктах наблюдения контроль за за­грязнением почв ядохимикатами осуществляют в течение одного вегетационного периода или года.

В целях оценки фонового загрязнения почв пестици­дами выбирают участки, удаленные от сельскохозяйственных угодий и промышленных предприятий, находящиеся в «буферной зоне» заповедников.

Для оценки загрязнения почв инсектицидами, герби­цидами, фунгицидами, дефолиантами пробы почвы отби­рают 2 раза в год: весной после сева и осенью после убор­ки урожая. При установлении многолетней динамики остаточного содержания пестицидов в почве или их миг­рации в системе «почва—растения» наблюдения проводят не менее 6 раз в год: фоновые — перед посевом, 2—4 раза во время вегетации культур и 1—2 раза в период уборки урожая.

Как правило, в каждом хозяйстве обследуют 8—10 по­лей под основными культурами. В каждом крае и области ежегодно необходимо обследовать несколько (не менее двух) хозяйств, равномерно распределенных по террито­рии.

Для оценки площадного загрязнения почв обычно со­ставляют смешанную пробу, в которую входят 25—30 проб (выемок), отобранных в поле по диагонали. Пробы-выем­ки должны быть близки между собой по окраске, структу­ре, механическому составу и т. д. Необходимо отметить, что для разных категорий местности и почвенных усло­вий площади поля, загрязнение которого характеризует одна смешанная проба почвы, неодинаковы.

Пробы отбирают либо тростевым почвенным буром, который погружают в почву на глубину пахотного слоя (0—20 см), либо лопатой. Почву, попавшую в пробу из подпахотного слоя, удаляют.

Если наблюдения за загрязнением почв пестицидами проводят в садах, то пробы отбирают на расстоянии 1 м от ствола дерева.

В целях изучения вертикальной миграции пестицидов, как правило, закладывают почвенные разрезы, размеры (глубина) которых зависят от мощности почвенного слоя. Под почвенными разрезами следует понимать глубокие шурфы, пересекающие всю серию почвенных горизонтов и открывающие верхнюю часть подпочвы, т. е. неизме­ненные или слабоизмененные материнские породы.

В выбранном месте на поверхности земли очерчивают форму шурфа — четырехугольник со сторонами, прибли­зительно равными 0,8 х 1,5—2,0 (м). Одна из коротких сторон шурфа к моменту описания должна быть обраще­на к солнцу. Эта стенка будет «лицевой» (рабочей), она предназначена для изучения разреза почвы.

Перед взятием проб проводят краткое описание места расположения разреза и почвенных горизонтов (их влаж­ности, окраски, механического состава, структуры, сло­жения, новообразований, включений, развития корневых систем, следов деятельности животных, наличия мерзло­ты). Пробы отбирают на «лицевой» стороне, начиная с нижних горизонтов. С каждого генетического горизонта почвы отбирают один образец толщиной 10 см.

Отобранные любым способом простые пробы ссыпают на крафт-бумагу, затем тщательно перемешивают и квартуют 3—4 раза. После квартования почву вновь тщательно перемешивают и делят на 6—9 частей, из центров кото­рых отбирают примерно одинаковое количество почвы в полотняный мешочек или крафт-бумагу. Масса получен­ной смешанной пробы должна составлять 400—500 г. Этот образец снабжают этикеткой и регистрируют в поле­вом журнале, в который записывают следующие данные: порядковый номер образца, место отбора, рельеф, вид сельскохозяйственного угодья, площадь поля, дату отбо­ра, кто отбирал.

Смешанные пробы почв анализируют в естествен­но-влажном состоянии. Если по каким-либо причинам провести анализ в течение одного дня не представляется возможным, то пробы высушивают до воздушно-сухого состояния в защищенных от солнца местах. Из воздушно-сухого образца методом квартования в лаборатории отби­рают среднюю пробу массой 200 г. Из нее удаляют корни, камни, инородные включения, затем растирают в фарфо­ровой ступке и просеивают через сито с отверстиями диа­метром 0,5 мм. После чего из этой пробы берут навески массой 10—50 г для химического анализа.

Контроль загрязнения почв отходами промышленного характера

Промышленное загрязнение почв осуществляется в основном через атмосферу путем осаждения паров, аэро­золей, пыли или растворенных примесей с дождем и сне­гом. Основная доля загрязняющих веществ попадает в воздух из дымовых труб заводов и вентиляционных кана­лов, большая часть их осаждается вблизи (1—2 км) пред­приятий. Некоторая доля выбросов передвигается далее и выпадает в пределах от 3—4 до 8 км. Значительно мень­ше газопылевых выбросов поглощается почвой в зоне 10—50 км.

Протяженность зоны интенсивного загрязнения и на­правление движения потока загрязняющих веществ зави­сят от скорости и частоты ветров данного румба (розы ветров), высоты труб, дисперсности частиц и плотности вещества, рельефа территории, растительного покрова.

В случае промышленного загрязнения почв тяжелыми металлами их основное накопление локализуется в райо­не действия источника выбросов на расстоянии от 1—10 до нескольких десятков километров. С выбросами про­мышленных предприятий в окружающую среду поступает в значительных количествах широкий набор элементов, причем загрязняющие вещества не всегда связаны с ос­новной продукцией предприятий, а могут входить в со­став примесей. Так, вблизи свинцово-плавильного завода приоритетными загрязнителями, кроме РЬ и Zn, могут быть Cd, Cu, Hg, As, Se, а около предприятий, выплав­ляющих алюминий, — F, As, Be. Значительная часть вы­бросов предприятий поступает в глобальный круговорот — до 50-60% Pb, Zn, Cu и до 90% Hg.

Почва служит мощным геохимическим барьером для потока загрязняющих веществ, но лишь до определенного предела. Расчеты показывают, что черноземы способны только в пахотном слое мощностью 0—20 см прочно фиксировать до 40—60 т/га свинца, подзолистые почвы — 2—6 т/га, а почвенные горизонты в целом — до 100 т/га, но при этом в почве возникает острая токсикологическая ситуация.

Почва как компонент биогеоценоза во многом опреде­ляет устойчивость ландшафта к закислению. Одним из главных негативных последствий загрязнения почв кис­лыми осадками является повышение мобильности алюми­ния, который обладает свойствами прямого и косвенного фитотоксиканта. Под влиянием кислотных осадков повы­шают мобильность и другие элементы, обладающие фитотоксическими свойствами, — Mn, Zn, Cd, Co, Ni.

Компоненты кислых осадков, а также мобилизован­ные в почве элементы, если они не поглощаются биотой и не связываются в нижележащих горизонтах почвы или слоях подстилающих пород, могут попасть с внутрипочвенным стоком в систему почвенно-грунтовых и поверх­ностных вод. Подобный сток может привести к закисле­нию слабоминерализованных речных и озерных вод.

Выпадение кислых осадков возможно за сотни кило­метров от источника загрязнения. Основной причиной их образования является выброс в атмосферу диоксида серы SO₂, время жизни которого составляет около 6 дней. За этот период примесь успевает мигрировать от места вы­броса, и в результате происходит загрязнение значительно удаленных от предприятия территорий (трансграничный перенос).

При добыче, транспортировке, переработке и исполь­зовании ежегодно теряется около 50 млн т нефти и нефте­продуктов. В результате значительные территории стано­вятся непригодными для сельскохозяйственного исполь­зования.

В районах нефтеразработок и нефтедобычи происходит интенсивная трансформация морфологических и физико-химических свойств почвы, глубина изменения которых зависит от продолжительности загрязнения, величины и состава загрязняющих веществ нефти, ландшафтно-геохимических особенностей территории. При этом возрас­тает рН почвы, повышается общее количество углерода в 2—10 раз, углеводородов — в 10—100 раз, возникает специфическое техногенное осолонцевание исходных почв за счет внедрения ионов натрия в почвенно-поглощающий комплекс (ППК).

Обычно содержание нефти в верхнем 20-сантимет­ровом слое на два порядка выше, чем фоновое содержа­ние, лежащее в пределах 50 ррт. Промачивание почвы нефтью достигает 100—200 см. Для разливов нефти и нефтепродуктов характерно локальное загрязнение на расстоянии до 1—2 км от источника.

Автотранспорт, авиация, железнодорожный транс­порт, коксохимические и нефтеперегонные заводы, неф­тепромыслы способствуют загрязнению почвы кан­церогенными веществами, среди которых особенно опас­ны полиароматические углеводороды (ПАУ), например 3,4-бенз-а-пирен, конечным резервуаром аккумуляции которого является почвенный покров (гумусовый гори­зонт почв 0—50 см). При этом наблюдается тенденция увеличения содержания загрязнителя во всех природных средах. С почвенной пылью, грунтовыми водами, в ре­зультате водной эрозии, с продуктами питания ПАУ пос­тупают в общие биохимические циклы на суше, распрост­раняясь повсеместно. Почва может фиксировать ПАУ и сохранять их, освобождая при сменах влажности, аэрации или реакции среды. Необходимо отметить, что выбросы, например, автотранспорта, обнаруживают на расстоянии 200—500 м от автомагистрали.

Перед осуществлением полевой программы наблюде­ний за уровнем загрязнения почв в природных и сель­скохозяйственных ландшафтах необходимо провести планирование работ, т. е. определить примерное количе­ство точек отбора проб, составить схему их территори­ального размещения, наметить полевые маршруты или последовательность обработки площадей, установить ка­лендарные сроки исполнения задания. Помимо этого следует проверить наличие и качество топографического материала, а также тематических карт (почвенных, гео­ботанических, геологических, геохимических и др.); собрать сведения об источниках загрязнения почв на об­следуемой территории (расположение, используемое сы­рье, объем производства, отходы), а также установить связь с учреждениями, которые заинтересованы в пред­полагаемом обследовании.

При выборе участков наблюдения исходным рабочим документом служит топографическая основа определен­ного масштаба (1:10 000). Контуры (схему) города, насе­ленного пункта или промышленного комплекса размеща­ют, как правило, в центре плана местности, который переснимается с топографической основы. Из геометри­ческого центра (город, промышленный комплекс, завод и т. д.) с помощью циркуля наносят окружности радиусом 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2; 3; 4; 5; 8; 10; 20; 30; 50 см (км - в масштабе карты), т. е. обозначают зону возможного загрязне­ния почв.

На подготовленный таким образом план местности наносят контуры многолетней розы ветров по 8—16 рум­бам. Самый большой вектор, соответствующий наиболь­шей повторяемости ветра, откладывается в подветренную сторону, его длина должна составлять 25—30 см (25—30 км в масштабе карты). Пропорционально величине этого вектора на карте откладывают остальные векторы. Таким образом, в контур, образованный розой ветров, схемати­чески включается территория наибольшего загрязнения почв компонентами промышленных выбросов предприя­тия. В местах пересечения осей векторов с окружностями располагаются ключевые участки, на которых закладыва­ют сеть опорных разрезов, пункты и. площадки взятия проб.

После отбора нескольких простых проб почвы состав­ляют объединенную пробу (как описано выше), которую отправляют на анализ в лабораторию вместе с сопроводи­тельным талоном.

Наблюдения за промышленным загрязнением почв носят характер экспедиционных работ и поэтому вклю­чают все мероприятия по подготовке к ним. Время про­ведения экспедиционных работ и отбора проб не имеет значения. Однако удобнее проводить сбор материалов в сухое время года, в период уборки урожая основных сель­скохозяйственных культур, т. е. летом и в начале осени. При развернутых стационарных наблюдениях отбор проб осуществляют независимо от времени экспедиционных работ.

Обобщение результатов наблюдений за загрязнением почв

Содержание и характер наблюдений за уровнем за­грязнения почв и их картографирование в сельских и го­родских условиях имеют свою специфику. В задачи на­блюдений входят:

- регистрация современного уровня химического за­грязнения почв, выявление географических закономерностей и динамики временных изменений загрязнения почв в зависимости от расположения и технологических параметров источника загрязнения;

- прогноз тенденций изменения химического состава почв в ближайшем будущем и оценка последствий загрязнения почв;

- обеспечение заинтересованных организаций инфор­мацией об уровне загрязнения почв.

Исходя из перечисленных задач, можно выделить сле­дующие виды наблюдений:

- режимные наблюдения, т. е. систематические на­блюдения за уровнем содержания химических веществ в почвах в течение определенного промежутка времени;

- комплексные наблюдения, в том числе за процессами миграции веществ в системах «атмосферный воз­дух—почва», «почва—растение», «почва—вода» и «почва—донные отложения»;

- наблюдения за вертикальной миграцией загрязняю­щих веществ в почвах по профилю;

- наблюдения в определенных пунктах, намеченных в соответствии с запросами тех или иных организаций.

Таким образом, при наблюдениях за уровнем загряз­нения почв необходимо получить представление не толь­ко о степени химического загрязнения в настоящее вре­мя, но и о возможном развитии происходящих процессов, в частности в период, когда будут внедряться мероприя­тия, направленные на уменьшение загрязнения почв, существенно изменяющие водный, тепловой, солевой, био­логический и другие режимы почвы.

В то же время оценка состояния и прогноз загрязне­ния почв не могут базироваться только на анализах проб почв. Почва — элемент ландшафта, поэтому ее исследо­вание неотделимо от изучения всех компонентов природ­ного и антропогенного комплекса, всех путей накопления загрязняющих веществ в природных, сельских и город­ских условиях.

Информация о загрязнении почв поступает в лабо­ратории в виде сопроводительных талонов, а результаты анализа почв — в виде рабочих таблиц. По этим данным составляют справки и обзоры, а также дают так называе­мую штормовую информацию. В установленные методи­ками Росгидромета сроки на почвы составляют технохимические карты.

Лекция 7. Мониторинг радиактивного загрязнения.

Нормирование в области радиационной безопасности Основные понятия и определения

В природе существует три основных вида радиоактивного излучения альфа, бета и гамма.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение высокой энергии и обладает наибольшей проникающей способностью. Соответственно, защита от внешнего гамма-излучения представляет наибольшие проблемы.

Бета-излучение имеет корпускулярную природу и представляет собой поток отрицательно заряженных частиц (электронов). Бета-излучение обладает меньшей проникающей способностью. Защититься от этого излучения при внешнем источнике можно сравнительно легко. В принципе, бета-частицы задерживаются неповрежденной кожей. Однако при поступлении внутрь организма бета-активные радионуклиды испускают хорошо поглощаемые тканями организма бета-частицы. Возникающие при этом в организме разрушения значительно превосходят таковые, производимые гамма-излучением.

Альфа-излучение представляет собой поток, положительно заряженных частиц с зарядом 2 и массой, равной 4, (по существу — ядра гелия). Этот вид излучения легко поглощается любой средой. Защититься от него можно буквально листом бумаги. Однако, поступление альфа-излучателя внутрь организма может вызвать трагические последствия.

Процесс радиоактивного распада (перехода радиоактивного элемента в другой химический элемент) сопровождается излучением одного или нескольких видов. В соответствии с тем, какой вид излучения характерен для радиоактивного распада данного изотопа, выделяют гамма-активные изотопы (например, цезий-137), бета-излучатели (например, стронций-90) и альфа-излучатели (например, большинство изотопов плутония).

Количественной характеристикой источника излучения служит активность, выражаемая числом радиоактивных превращений в единицу времени. В СИЗ единицей активности является беккерель (Бк) - 1 распад в секунду (с-1). Иногда используется внесистемная единица кюри (Ки), соответствующая активности 1 г радия. Соотношение этих единиц определяется следующей формулой: 1 Ки - 3,7-10'° Бк.

Интенсивность альфа- и бета-излучения может быть охарактеризована активностью на единицу площади (с-1м-2), Интенсивность гамма-излучения характеризуется мощностью экспозиционной дозы.

Экспозиционная доза измеряется по ионизации воздуха и равна количеству электричества, образующегося под действием гамма-излучения в 1 кг зоздуха. В СИ экспозиционная доза выражается в кулонах на кг (Кл/кг).

Весьма популярна также внесистемная единица экспозиционной дозы — рентген. Это — доза гамма-излучения, при которой а 1 смЗ воздуха при нормальных физических условиях (температура О С и давление 760 мм рт.ст.) образуется 2,08-109 пар ионов, несущих одну электростатическую единицу количества электричества.

Мощность экспозиционной дозы отражает скорость накопления дозы и выражается в Кл'кгсек (в СИ) или в Р/ч (во внесистемных единицах).

Наиболее адекватный способ описания степени радиоактивного загрязнения местности — это плотность загрязнения. Плотность загрязнения представляет собой активность на единицу площади (с учетом изотопного состава). Этот способ, однако, весьма трудоемок, требует проведения лабораторных анализов и не всегда может быть использован для оперативной оценки. Обычно такая оценка производится с помощью методов полевой дозиметрии.

При этом используемые приборы, методы и единицы измерения зависят от типа загрязнения. Мерой загрязнения гамма-излучателями является мощность экспозиционной дозы; бета-загрязнение характеризуется плотностью потока бета-частиц. Оценка степени загрязнения альфа-излучателями в полевых условиях невозможна.

Как правило, при техногенном загрязнении в окружающую среду поступает смесь радионуклидов, среди которых есть все типы излучателей. Поэтому в первом приближении степень опасности может быть оценена по уровню гамма-фона. Тем не менее, з ряде случаев такая оценка неприменима. Если в сбросах предприятия содержатся, главным образом, бета-излучающие радионуклиды, то радиационная ситуация не может быть охарактеризована через величину экспозиционной дозы даже на качественном уровне.

Например, загрязнение рукава реки Т., в который осуществляется сброс с химического комбината С, характеризуется весьма высокими уровнями бета-излучения, в то время как гамма-фон, в основном, близок к нормальному.

В то же время, населению, как правило, в качестве характеристики загрязнения сообщается (в т. ч. и через средства массовой информации) только мощность экспозиционной дозы. Эта величина, однако, является лишь одной из характеристик радиационной ситуации. Существует множество искусственных радиоактивных изотопов, которые практически не испускают гамма-квантов, но при этом являются очень опасными источниками излучения. Мощность экспозиционной дозы, определяемая при помощи гамма-дозиметра, не может отразить степени загрязнения такими изотопами.

Система нормирования в области радиационной безопасности

Система нормирования в области радиационной безопасности в России претерпела существенные изменения в последние несколько лет. Действующая система нормирования в этой области строится на понятии дозовой нагрузки. Основными документами, в соответствии с которыми осуществляется радиационный контроль за безопасностью населения, являются Федеральный Закон «О радиационной безопасности населения» и принятые в его развитие «Нормы радиационной безопасности НРБ-96». Оба документа служат для обеспечения радиационной безопасности человека, Экологических нормативов, устанавливающих допустимые воздействия на экосистемы, в области радиационной безопасности не существует.

В системе нормирования используются следующие основные понятия:

Поглощенная доза — фундаментальная дозиметрическая величина, определяемая количеством энергии, переданной излучением единице массы вещества.

За единицу поглощенной дозы облучения принимается грей (джоуль на килограмм) — поглощенная доза излучения, переданная массе облучаемого вещества а 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж любого ионизирующего излучения (1 Гр = 1 Дж/кг).

Эквивалентная доза. Поскольку поражающее действие ионизирующего излучения зависит не только от поглощенной дозы, но и от ионизирующей способности излучения, вводится понятие эквивалентной дозы. Для расчета эквивалентной дозы поглощенную дозу умножают на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма. При этом альфа-излучение считается в двадцать раз опаснее других видов излучений.

Единицей эквивалентной дозы является зиверт — доза любого вида излучения, поглощенная в 1 кг биологической ткани, создающая такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения.

Эффективная эквивалентная доза. Следует учитывать, что одни части тела (органы) более чувствительны к радиационным повреждениям, чем другие. Поэтому дозы облучения органов и тканей учитываются с различными коэффициентами. Эффективная эквивалентная доза отражает суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в зивертах.

Закон «О радиационной безопасности населения» {22} устанавливает допустимую дозовую нагрузку на население на уровне 1 мЗв/год.

Наблюдения за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха.

При проведении мониторинга радиоактивного загряз­нения атмосферы используют сборники радиоактивных загрязнений и воздухофильтрующие устройства, причем последние значительно превосходят первые по своей чув­ствительности. Для наиболее эффективного контроля за распространением в атмосфере радиоактивных выбросов необходимо обеспечить возможность уверенного опреде­ления полного изотопного состава проб аэрозолей, для чего производительность фильтрующего устройства и эф­фективность улавливания аэрозолей должны быть доста­точно высокими.

Для массовых измерений в качестве простого и деше­вого устройства, продуваемого ветром, используют марле­вый конус (сачок), натянутый на проволочный каркас и насаженный на штангу, воткнутую в землю. Ось конуса располагают горизонтально, под прямым углом к штанге, на высоте 1,5 м над поверхностью земли. Эффективность улавливания конусом радиоактивных аэрозолей зависит от погодных условий и дисперсности аэрозольных частиц. Хуже всего улавливаются частицы размером около ОД мкм, что соответствует «старым» (давно образовавшимся) ра­диоактивным аэрозолям глобального происхождения.

Для отбора проб аэрозолей и газообразного йода из приземной атмосферы в окрестностях АЭС предназначе­ны воздухофильтрующие установки типа «Тайфун», обо­рудованные сорбционным фильтром для улавливания ра­диоактивного йода и высокоэффективной фильтротканью. Сорбционный фильтр и фильтроткань размещают по­слойно на фильтродержателе — жесткой сетке, выполнен­ной в виде двускатной поверхности с тупым углом между составляющими плоскостями. Воздух принудительно про­качивают через описанную систему с помощью центро­бежной воздуходувки. Вся установка размещается в за­щитной будке, оборудованной жалюзи со снего- и каплезадерживающими карманами.

Когда не происходит повышенных выбросов радио­нуклидов в атмосферу, пробы отбирают в течение неде­ли. Если же такой выброс произошел, экспонирование фильтра прерывают и проводят досрочный изотопный анализ.

Недостатками таких воздухофильтрующих устройств являются необходимость подвода электроэнергии для пи­тания электродвигателей, а также сравнительная дорого­визна и сложность обслуживания.

С целью выбора места для установки сборников ра­диоактивных загрязнений и воздухофильтрующих ус­тройств проводят измерение радиоактивного заражения местности с помощью радиометров и дозиметров.

Наблюдения за радиоактивным загрязнением природных вод

При проведении наблюдений за радиоактивным за­грязнением природных вод для отбора и одновременного концентрирования проб глубинной воды большого объ­ема используют шланговый пробоотборник «Спрут».

К гидрологическому тросу подвешивают груз, пред­назначенный как для затопления пробоотборного шланга, так и для уменьшения сноса при отборе проб с дрейфую­щего судна. Массу груза выбирают в зависимости от по­годных условий. При штиле (или работе на заякоренном судне) достаточная масса груза составляет 20—30 кг, при сильном дрейфе ее следует увеличить.

На некотором расстоянии от груза (около 1 м) закреп­ляют заборный конец пробоотборного шланга. Затем трос опускают так, чтобы заборный конец шланга оказался на уровне воды, после чего устанавливают на «Нуль» счетчик глубины. Трос и соединенный с ним шланг опускают на заданный горизонт, прикрепляя через каждые 10 м шланг к тросу. По достижении горизонта спуск прекращают, а пробоотборный шланг подсоединяют к вибронасосу «Ма­лыш». Насос на тросе или капроновом шнуре опускают в воду на глубину 0,5—1,0 м. К отбору пробы приступают примерно через 10 мин — время, необходимое для откач­ки воды более высоких горизонтов, находящейся в шлан­ге, и промывки шланга водой нужного горизонта.

Отбираемая вода по шлангу подается на фильтро­вальную установку «Мидия», в абсорбер и расходомер. В фильтровальной установке используется бумажный фильтр типа «синяя лента», на который накладывается предфильтр из фильтроткани ФПП-15-1,5.

После отбора пробы оставшийся на фильтре осадок подвергают радиационному анализу, для чего могут при­меняться приборы экспресс-контроля, например дози­метр СРП-88 и др.

Контроль радиоактивного загрязнения почв

Почва как продукт выветривания литосферы и ее взаимодействия с атмосферой имеет определенную фоно­вую радиоактивность. Искусственно повышенная радио­активность почв может быть связана с различными ви­дами использования радиоизотопов, включая их добычу и переработку, в том числе производство и использование ядерного оружия.

Загрязнение почв радиоактивными элементами проис­ходит в основном в результате их выпадений из атмосфе­ры. Наибольшая доля в радиоактивных выпадениях при­ходится на стронций-90, йод-131, цезий-137, которые обнаруживаются в тканях человека. Вред, связанный с накоплением в организме радиоактивных элементов, мо­жет быть индивидуальным (например, развитие рака) или генетическим, когда возрастает частота мутаций и появ­ляется потомство с врожденными патологиями. Опас­ность возрастает еще и потому, что радиоактивные эле­менты, подобно пестицидам, концентрируются в трофи­ческих цепях.

Радионуклиды с большим периодом полураспада на­капливаются в поверхностном слое почвы. Это позволяет определить суммарное значение радиоактивных выпаде­ний из атмосферы за продолжительный период времени.

.В результате миграции радионуклиды способны про­никать в глубь почвы. Скорость такого проникновения зависит от состояния поверхности почвы и ее влажности. Глубина проникновения в легких почвах для цезия-137 может достигать 50 см, а для стронция-90 — 90—100 см.

Однако, основное количество радионуклидов сосредоточе­но в верхнем 10-сантиметровом слое почвы. Исследова­ние вертикального распределения радионуклидов по про­филю почвы позволяет:

- оценить мощность дозы гамма-излучения того или иного радионуклида и скорость миграции радионуклидов в почве;

- выявить промышленное загрязнение на фоне гло­бального или «свежие» радиоактивные выпадения на фоне «старых»;

- определить количество радионуклидов в почве.

Одним из методов контроля радиоактивного загрязне­ния почв является метод отбора проб почв с последую­щим их гамма-спектрометрическим анализом в лабора­торных условиях. На обследуемом участке желательно также выполнить предварительную (полевую) гамма-ра­диометрическую съемку с использованием, например, до­зиметра СРП-88. Измерения рекомендуется проводить на высоте 1 м от поверхности и не ближе 2—5 м от стен строений.

Для того чтобы результаты анализа почв могли быть распространены на всю исследуемую территорию, а не характеризовали бы только место отбора пробы, послед­няя должна быть представительной. Представительность отобранной пробы может быть обеспечена в том случае, если поверхность почвы в месте пробоотбора не подвер­гается смыву во время ливней или паводковыми водами, а также не подвержена смещению сильными ветрами в результате эрозии. В месте отбора проб также не дол­жно быть наносов почвы. Отбор проб следует проводить на открытых горизонтальных участках с ненарушенной структурой.

В зависимости от уровня загрязнения выделяют два случая отбора проб почвы:

- при невысокой дозе гамма-излучения;

- если мощность дозы на поверхности почвы обус­ловлена выпавшими загрязнениями.

В первом случае используют специальные пробоот­борники цилиндрической формы диаметром 26 см. Для исследования вертикального распределения загрязне­ния отобранный монолит почвы делят на слои. Тол­щина первых четырех слоев должна составлять 0,5 см, следующих четырех — 1 см и последних двух слоев — 2 см.

Поскольку радионуклиды могут проникать в почву и на глубину более 10 см, для исследования их вертикаль­ного распределения используют другой пробоотборник, позволяющий отбирать пробы на глубине 40—50 см и на пахотных участках. Площадь такого пробоотборника со­ставляет 100 см², а высота — 70 см. Уменьшенный диа­метр этого пробоотборника объясняется тем, что для па­хотных почв и глубин более 10 см измене'ние содержания радионуклидов в почве с глубиной значительно меньше, чем для поверхностного слоя почвы; это позволяет прово­дить исследование более толстых слоев, и, следовательно, отбираемые пробы могут быть меньшего объема.

Кроме того, уменьшение диаметра пробоотборника позволяет с меньшими усилиями исключить попадание почвы из верхних слоев в нижние. Забив пробоотборник в почву, его выкапывают, разбирают на две половинки, а отобранную пробу делят на слои высотой 5 см. Пробы упаковывают в полиэтиленовые мешки и заворачивают в бумагу, снабжая этикетками с подробным описанием места отбора пробы и состояния поверхности почвы.

Для отбора образцов почв при изучении миграции ра­дионуклидов в наземных экосистемах можно также закла­дывать разрезы размером 70 х 150 см и глубиной 1—2 м (в зависимости от типа почв) и отбирать пробы по гори­зонтали непрерывно по всему разрезу. Толщина отбирае­мых для радиометрических анализов слоев не должна превышать 2—5 см.

Одновременно с радиоактивными образцами почвы отбирают и пробы растительности.

Лекция 8. Биомониторинг.

По целям и задачам биологический мониторинг связан с экологическим. Как известно в экологическом мониторинге выделяют следующие основные подходы:

1. Выявление индикторов состояния окружающей среды, которые отражают изменения в экосистемах, связанные с воздействием ксенобиотиков, включая разработку критериев и методологии для отбора тест-организмов.

2. Определение зависимости «доза- ответная реакция», получаемая путём полевых наблюдений и лабораторных экспериментов.

3. Анализ путей и процессов трансформации, включения в круговорот загрязнителей в экосистемах.

В первом приближении решение этих проблем и является задачей биомониторинга.

Состояние биологических систем при осуществлении биомониторинга может быть определено путём оценки соответствия данной экосистемы (биогеоценоза), по выражению С.С.Шварца (1976), критерию «хорошего « биогеоценоза. При этом должна быть произведена оценка:

- продукции всех основных звеньев трофической цепи;

- соответствия высокой продуктивности высокой продукции (определяющего компенсаторную активность биосистем);

- стабильность структуры и разнородности отдельных трофических уровней;

- скорости протекания обмена веществ и энергии в экосистеме, характеризующей возможности биологического самоочищения.

Для целей биомониторинга особое внимание должно уделяться:

- колебаниям общей численности популяции и выяснению причин этих колебаний;

- изменениями в возрастном и половом составе популяций;

- изменению половых процессов и интенсивности размножения;

- изменению репродуктивного цикла;

- изменению в эмбриональном и постнатальном развитии.

Структура биологиче6ского мониторинга, состоящая из отдельных подпрограмм, строится из принципа, основанного на уровнях организации биосистем (Фёдоров В.Д., 1975). При таком подходе можно выделить субклеточный уровень организации, которому будет соответствовать генетический мониторинг, клеточному уровню – биохимический мониторинг, организменному – физиологический мониторинг, популяционному и биоценологическому – экологический мониторинг.

В настоящее время подавляющим числом специалистов признается, что система контроля качества окружающей природной среды, основанная на определении ПДК – изолированного действия отдельных химических веществ без учёта реальной экологической ситуации мало эффективна. Существующие санитарно-гигиенические нормативы носят антропоцентрический характер и не могут обеспечить в равной мере защиту всех объектов живой природы.

Один из возможных путей подхода к рассматриваемой проблеме с позиций биологического мониторинга – это биоиндикация и биотестирование антропогенных факторов, т.е. выявление антропогенного загрязнения объектов окружающей природной среды с помощью методических приёмов, основанных на оценке состояния сообществ и отдельных особей, подвергшихся воздействию ксенобиотиков. Следует подчеркнуть, что методы биомониторинга (биоиндикация и биотестирование) не противопоставляются аналитическим методам контроля загрязнений. Очевидно, что полную, комплексную оценку качества природной среды можно дать только при сочетании физико-химических методов исследований с биологическими, так как живые организмы и их сообщества интегрально реагируют на совокупность биотических и абиотических факторов ( в т.ч. и полютантов).

Биоиндикация.

Способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на неё живых организмов и их сообществ получил название биоиндикации, а сами организмы – биоиндикаторов.

Биоиндикаторы имеют ряд преимуществ, позволяющих успешно использовать их в целях биомониторинга:

1)суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают её состояние в целом;

2) делают необязательным (или чаще дополняют) применение дорогостоящих и трудоёмких физико-химических методов анализа параметров окружающей среды; постоянно присутствующие в окружающей человека среде реагируют на кратковременные и залповые выбросы токсикантов, которые может не зарегистрировать автоматизированная система контроля с периодическим отбором проб;

3) отражают и фиксируют скорость происходящих в окружающей природной среде изменений;

4) вскрывают тенденции развития окружающей природной среды;

5) указывают пути и места скопления в экологических системах ксенобиотиков и поллютантов и возможные пути попадания их в пищу человека;

6) позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека;

7) дают возможность контролировать токсичность и опасность вновь синтезируемых ксенобиотиков;

8) помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы, различающиеся своей устойчивостью к антропогенному воздействию.

В настоящее время в биоиндикационных исследованиях выделяют три приоритетных направления.

1. Биологическая индикация действия на организмы естественных природных факторов (действие климата, взаимоотношений между организмами и т.п.).

2. Анализ процессов модификации естественных факторов человеком: мелиорация земель, эксплуатация биоресурсов, экологические результаты интродукции новых для региона видов животных и растений и т.п.

Физические и химические факторы загрязнения биосферы (ионизирующие излучения, промышленные поллютанты, минеральные удобрения и пестициды) приобрели глобальный характер в последние десятилетия, тогда как ранее они не выступали лимитирующими факторами формирования жизни.

Поскольку биоиндикационные исследования загрязнения биосферы направлены на контроль качества окружающей среды, они имеют непосредственное отношение и к экологии человека, так как связаны с охраной среды обитания человеческого общества.

Специфика проведения биоиндикационных исследований в насыщенной антропогенной среде накладывает ограничения на индикаторные виды. Так, в исследованиях наземных экосистем в настоящее время наиболее эффективными являются следующие виды животных.

1.Млекопитающие. Мышевидные грызуны и мелкие насекомоядные являются постоянными обитателями антропогенной среды, хотя их численность испытывает сильные колебания. Основная причина внимания к млекопитающим – их близость по большинству физиологических параметров к человеку, что даёт возможность корректной эктраполяции действия стрессовых факторов.

2. Почвенная мезофауна. Основная по биомассе группа наземных животных достаточно разнообразная в видовом отношении, образует осёдлое население, тесно контактирует с почвой, в которой оседают и сорбируются все виды загрязнителей. Из числа почвенных беспозвоночных особенно показательными группами можно считать дождевых червей и все группы герпетобия – обитателей подстилки и поверхности почвы.

3. Микрофауна. Микроартроподы – массовые обитатели мельчайших скважин почвы.

При выборе растений – биоиндикаторов, прежде всего, следует принимать во внимание ценотическую значимость вида. Известно, что по роли в фитоценозе различают:

1)виды – эдификаторы, определяющие «лицо» фитоценоза и в определённой степени влияющие на существование других растений;

2) виды – доминанты, имеющие большую численность и биомассу;

3) виды – ассектаторы, численность и биомасса которых относительно невелики, но наличие их в фитоценозе обязательно;

4) редкие виды.

Роль в обмене веществ и энергии в сообществе у видов первых двух групп значительно выше, что и определеяет целесообразность поиска среди них видов – индикаторов. Примером могут служить результаты экспериментов по воздействию на растительность ионизирующих излучений, которые показали, что объектами нормирования в лесных фитоценозах могут быть представители голосеменных, являющиеся эдификаторами в сообществах и отличающиеся высокой радиочувствительностью.

Биологические системы, применение которых возможно для выявления вредных антропогенных веществ, весьма разнообразны. Программа Международного союза биологических наук (МСБН) «Биоиндикаторы» подразделяет их на шесть подгрупп в соответствии с шестью биологическими дисциплинами.

1. Микробиология. Микроорганизмы быстро реагируют на загрязнение воды и почвы. Некоторые микроорганизмы особо чувствительны к определённым веществам, другие принимают участие в трансформации ксенобиотиков.

2. Ботаника. Низшие растения, лишайники, грибы и многие высшие растения служат для обнаружения специфических загрязнений воздушного бассейна. Толерантные или индикаторные виды указывают на рН почв, их плодородие, концентрацию тяжёлых металлов и т.д.

3. Зоология. Отдельные виды позвоночных и беспозвоночных животных, а также целых сообществ могут дать сведения о качестве окружающей природной среды.

4. Клеточная биология и генетика. Превосходными биоиндикаторами являются клеточные и субклеточные (включая хромосомы) компоненты организма, адаптированные к определённым условиям природной среды.

5. Сравнительная физиология. Многие животные при появлении новых агентов в окружающей среде, изменяют своё поведение. Химические вещества, проникая в организм, оказывают влияние на функционирование важнейших систем и органов (иммунной, нервной и т.д.), обеспечивающих гомеостаз.

6. Гидробиология. Зоны распределения или спектр видов, чувствительных к качеству воды, отражает состояние водного бассейна и имеет важное значение в комплекном биомониторинге.

Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Так, например, изменения в видовом составе сообщества водоёмов быстро происходят в случае заморных сбросов, когда результаты отравления наглядно проявления и без специальных методов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоёма, и явными они становятся в случае далеко идущих изменений. Таким образом, видовой состав гидробионтов из загрязненного водоёма служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не даёт её оценки на момент исследований.

В холодное время года системы биологической индикации и нидробиологии вообще не могут быть применены.

В отношении животных – биоиндикаторов промышленных загрязнений также выдвигается целый ряд требований: высокая численность, интенсивный метаболизм, большая продолжительность жизни, интенсивное размножение, малый индивидуальный участок, оседлость, постоянный с изучаемым антропогенным фактором, легкость сбора массового материала исследователем, чувствительность животного к изучаемому фактору, сравнительно крупные размеры для удобства анатомирования (Новакова Э., 1980)

Удовлетворить в полном объёме требования, предъявляемым к организмам – биоиндикаторам, в реальных условиях бывает достаточно сложно. В этих случаях, как правило, прибегают к методам биотестирования, которые способны, в определённой степени, дополнить и расширить данные биоиндикационных исследований.

Биотестнрование.

Биотестирование — использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов (Фиденко О.Ф., 1985).

Наиболее полно методы биотестирования в плане биомонито­ринга разработаны для гидробионтов и позволяют использовать их для оценки токсичности загрязняемых природных вод, контро­ля токсичности сточных вод, экспресс-анализа в санитарно-гигие­нических целях, для проведения химического анализа в лаборатор­ных целях и решения целого ряда других задач. Количественные методы оценки токсичности вредных веществ, широко применяе­мые в настоящее время, исторически разрабатывались для решения проблем токсикологии.

В зависимости от целей и задач токсикологического биотестировання в качестве тест-объектов применяется широкий круг орга­низмов: высшие и низшие растения, бактерии, водоросли, водные и наземные беспозвоночные, млекопитающие (особенно лаборатор­ные животные: мыши, крысы, морские свинки и др.). Каждый из этих организмов имеет свои особенности и преимущества, но ни один из организмов не может отвечать критерию универсально­сти. Функциональное состояние тест-объектов под влиянием изу­чаемого фактора может оцениваться по параметрам, относящимся к разным уровням интегральности. При этом для каждого уровня могут быть выделены частные и интегральные тест-функции (ФиленкоО.Ф., 1989). Интегральные параметры характеризуют со­стояние биосистемы соответствующего уровня наиболее обобщенно, давая суммарный ответ о состоянии системы. Так, для отдельной физиологической функции интегральными оказываются пара­метры, непосредственно характеризующие ее деятельность (например сердечно-сосудистой системы — частота сердечных сокращений и уровень давления крови), а частными — биохимические, морфологические и другие характеристики различных звеньев этой системы.

Для целостного организма к интегральным могут быть отнесены показатели плодовитости, массы, роста, выживаемости и т.д., а физиологические, биохимические, гистологические и прочие пара­метры относятся к частным.

Для популяции интегральными характеристиками являются показатели численности, массы, возрастной и половой структуры и др. На уровне сообщества интегральные характеристики описывают видовой состав и его разнообразие, активность продукции и деструкции органического вещества и пр. В этом случае выживаемость организма — биотест становится частным параметром. Попытка судить о состоянии интегральных параметров по динамике всегда подвержена риску существенной количественной ошибки. Такой риск может быть снижен одновременным применением комплекса методов биотестирования (батарея тестов).

Надёжность получаемого в соответствии с целью исследования ответа снижается по мере удаления системного уровня тест-функции от уровня моделируемого процесса или явления. Биохимический параметр, например, активность фермента, надежно характеризует функцию конкретной метаболической системы, с некоторой степенью вероятности может быть экстраполирован на уровне целостного организма и не несет практически значимой ситуации для оценки состояния биоценоза или экосистемы в целом.

Для параметров, принадлежащих к различным биологическим уровням, общая тенденция заключается в том, что с увеличением степени интегральности повышается "экологический реализм" теста (Филенко О.Ф., 1989), но обычно снижается его оперативность и чувствительность. Функциональные параметры оказываются более лабильными, чем структурные, а параметры клеточного и молекулярного уровней проигрывают в отношении экологической информативности, но выигрывают в отношении чувствитёльности, оперативности и воспроизводимости.

Применение методов, основанных на частных параметрах, целесообразно, по мнению О.Ф. Филенко (1988), в следующих случаях:

- когда объект используется для выявления только факта токсического загрязнения без глубокого анализа его характера и эконо­мического прогноза;

- когда объект используется для выявления в среде конкретного токсического агента, влияние.которого на исследуемую тест-функ­цию хорощо известно, и существует устойчивая количественная связь между концентрацией агента и ответом тест-функции;

- когда объект используется для оценок характеристик среды в системе других объектов и тест-функций (так называемая батарея тестов).

В настоящее время представление о биоиндикаторах вышло за рамки понимания их только лишь как видов, способных концен­трировать токсиканты. По мнению Д.А. Криволуцкого и соавт. (1991), биоиндикаторами могут служить любые биообъекты на всех уровнях организации (от субклеточного до экосистемного). И в этом плане задачи биомониторинга во многом совпадают с зада­чами экотоксикологии.

Термин "экотоксикология" был введен в 1969 г. Рабочей комис­сией по экотоксикологии, специально организованной при Меж­дународном научном комитете по проблемам окружающей среды (SKOPE) и впоследствии на конференции SKOPE в 1978 году уточ­нен. Экотоксикология определяется как междисциплинарное науч­ное направление, связанное с токсическими эффектами химических веществ на живые организмы, преимущественно на популяции ор­ганизмов и биоценозы, входящие в состав экосистем. Она изучает источники поступления вредных веществ в окружающую среду, их распространение, трансформацию в окружающей среде, действие на живые организмы. Человек, несомненно, является наивысшей ступенью в ряду биологических мишеней.

Экотоксикологии отводится важное место в междисциплинар­ном комплексе прикладной экологии, куда входят также экологи­ческая диагностика, экологическое нормирование, экологическая экспертиза, экологический мониторинг, экологическое прогнози­рование, экологическая инженерия и системотехника (Большаков В.Н. и соавт., 1993).

Методы биотестирования, при всей их привлекательности и возможности получения количественных оценок в контролируе­мых условиях, не лишены ряда недостатков (Абакумов В.А., 1992). Существуют значительные ограничения при попытке экстраполя­ции данных, полученных in situ биотестированием, в естественных условиях. При разработке и стандартизиации методик биотестироования практически невозможно учесть все существенные особен­ности жизнедеятельности организма. Например, выживание и раз­множение зависят от поведения, определяющего результаты взаимодействия хищника и жертвы: питание, гнездование, ухаживание и т.п. B.A. Абакумов (1992) цитирует высказывание Колео и Шоу (1989), называющих ряд факторов, которые затрудняют экологическую экстраполяцию результатов биотестирования по итогам изучения влияния загрязнения озер на рыбные запасы: 1) "даже на самых ранних стадиях жизни водные организмы оказались способными избегать низких значений рН; 2) есть возможность избегать даже сублетальные уровни; 3) при биотестировании пробы ограничиваются экспозиционными камерами, поэтому условия опыта не отражают реального натурного воздействия".

Отдавая должное справедливости этих замечаний, следует отметить, что биотестирование, являясь по сути процессом физического моделирования, отражает наиболее существенные, характерные черты моделируемого объекта или процесса и, поэтому, является, в своих возможностей, вполне корректной процедурой с точки зрения научной методологии.

Экологическая модификация. При биомониторинге природных и антропогенных экосистем, подверженных загрязнению ксенобиотиками, наиболее существенным системным показателем их состояния является перестройка структуры метаболизма биоценозов. Фундаментальную основу функционирования биоценозов составляют целенаправленные, иерархически организованные и высоко интегрированные на организменном, популяционном и ценотическом уровнях процессы обмена вещества и энергии, составляющие мета6олизм биоценоза: В условиях загрязнения окружающей среды может происходить как увеличение интенсивности метаболизма биоценоза — метаболический прогресс, так и его уменьшение - метаболический регресс. В.А. Абакумов (1992) выделяет три общих направления метаболического прогресса, связанные с тремя путями изменения структуры биоценоза: с усложнением структуры - экологическим прогрессом, с упрощением структуры — экологическим регрессом и с перестройкой структуры, не ведущей к ее усложнению или упрощению — экологической модуляцией.

Изменения структуры биоценозов, связанные с этим явлением, получили название экологической модификации.

По В.А. Абакумову (1992), метод экологических модификаций включает следующие градации оценки состояния водных экосистем.

Фоновое состояние — возможны перестройки структуры, не ведущие к ее усложнению или упрощению, т.е. не изменяющие обще­го уровня организации биоценозов (например, смена доминант­ных видов, изменение видового состава). При фоновом состоянии не происходит глубоких изменений интенсивности метаболизма биоценозов.

Состояние антропогенного экологического напряжения выража­ется в увеличении разнообразия биоценоза, в частности, в увеличе­нии общего числа видов, в уменьшении энтропии, в усложнении межвидовых отношений, в увеличении, пространственно-времен­ной гетерогенности, в усложнении временной структуры, в услож­нении пищевой цепи и т.д.

Состояние антропогенного экологического регресса характеризу­ется уменьшением разнообразия и пространственно-временной ге­терогенности, увеличением энтропии, упрощением межвидовых от­ношений, временной структуры, трофических цепей.

Состояние антропогенного метаболического регресса соответст­вует снижению активности биоценоза по сумме всех процессов об­разования и разрушения органического вещества, включая процес­сы первичного продуцирования водорослями микрофитов, перифитона, планктона, продукцию хемосинтетиков, а также вторич­ную продукцию бактерий и зоонаселения водоема. Тяжелое загряз­нение водных объектов токсичными веществами часто является причиной метаболического регресса.

На основании отмеченных закономерностей установлены кри­терии экологического нормирования. Проблемы экологически до­пустимого состояния водных объектов находят свое рациональное решение в дифференцированном подходе к природным объектам в зависимости от их народнохозяйственного, социального эстетиче­ского и научного значения. В связи с этим выделяются три катего­рии водных объектов: 1) заповедные, уникальные водные объекты; 2) водные объекты, испытывающие умеренную антропогенную нагрузку; 3) водные объекты с сильно преобразованными экосистемами.

Для каждой категории существуют свои предельно допустимые состояния экосистем. Для экосистемы водных объектов третьей ка­тегории недопустимо состояние антропогенного метаболического регресса. Для экосистем водных объектов второй категории недо­пустимо состояние антропогенного экологического регресса. Для экосистем водных объектов первой категории недопустимы ника­кие антропогенные экологические модификации.

Наряду с общими критериями допустимого экологического состояния внутри каждой категории для отдельных гpynn водных объектов вводится дополнительные частные критерии, позволяющие учитывать индивидуальные требования к этим группам водных объектов. Так, например, для рек, где обитают осетровые или лососевые, дополнительным критерием будет сохранение запасов этих ценных видов рыб.

При установлении категории каждого водного объекта должен определяться экономический оптимум, основанный на концепции экологических издержек, которые включают возникающие в народном хозяйстве затраты на предупреждение экологических нарушений с помощью природоохранных мероприятий, на предотвращение воздействия экологических нарушений на реципиентов (людей и имущество), а также на ликвидацию последствий, вызываемых воздействием экологических нарушений на реципиентов. Экономический оптимум должен определяться не на множестве всех возможных нарушений, а лишь на множестве допустимых по социально- экономическим критериям экологических нарушений.

Наряду с экономическим оптимумом при установлении категории водного объекта определяющим фактором должен быть социальный оптимум, в котором учитываются и социальные последствия ухудшения качества среды, не поддающиеся сколь-нибудь надёжной денежной оценке (генетические последствия, загрязнения, эстетический, психологический ущерб и т.п.). Социальному оптимуму, естественно, соответствует более высокий уровень издержек сравнительно с уровнем, достигаемым при экономическом оптимуме. Разница между обоими уровнями издержек может быть велика, но для достижения требований к качеству окружающей среды, диктуемых долговременными социальными целями оздоровления окружающей среды, дополнительные затраты необходимы.

Фоновый экологический мониторинг.

В системе экологического мониторинга центральное место занимает фоновый мониторинг загрязнения природной среды, развитие которого связано с созданием сети станций комплексного фонового мониторинга. (СКФМ), главным образом на базе био­заповедников.

Заповедник биосферный — биосферный резерват, охраняемая территория с эталонными участками какого-либо из основных биомов Земли.

В задачи биосферных заповедников входит сохранение природных экосистем и генофонда данного региона, изучение и мониторинг природной среды в нем и на примыкающих к ним территориях (охранная зона, соседние хозяйственно освоенные районы). Для биосферных заповедников обычно используют территории заповедников, национальных парков и других охраняемых территорий. В 1973 f. в связи с развертыванием работ по программе "Человек и биосфера" ЮНЕСКО выдвинула идею создания всемирной сети биосферных заповедников как научной базы этой программы. Первые биосферные заповедники были формально учреждены в 1976 году, к 1985 году было создано свыше 250 биосферных заповедников в 62 странах мира, в том числе в СССР — 17.

Организация фоновых наблюдений в бывшем СССР преследо­вала цель охватить репрезентативной сетью СКФМ обширную территорию с учетом ее природного многообразия. Первая оче­редь сети СКФМ состояла из 12 станций, расположенных в запо­ведных зонах с различными природными условиями. Это станции в Березинском, Приокско-террасном, Центрально-лесном биосфер­ных заповедниках (БЗ) — в лесных экосистемах Европейской тер­ритории СССР; Кавказском БЗ — в горных лесах Западного Кав­каза; Астраханском БЗ — в степях дельты р. Волги; урочище Боро­вое — в степной части Казахстана; Репетекском БЗ — в пустыне Средней Азии; Чаткальском, Сары-Челекском БЗ и на леднике Аб­рамова— в горах Ср. Азии; Баргузинском БЗ — в лесах Забайка­лья и Сихотэ-Алинском БЗ — в дальневосточных лесах.

Наблюдения за загрязнением природной среды, как правило, проводятся на СКФМ по единой программе. Эта программа вклю­чает в себя, во-первых, перечень приоритетных загрязняющих, ве­ществ, подлежащих определению в атмосферном воздухе, осадках, поверхностных водах, донных отложениях, почве, растительности и тканях животных; во-вторых, перечень подлежащих измерению гидрометеорологических параметров и, наконец, периодичность проведения наблюдений и измерений.

Критериями обоснования списка приоритетных химических ве­ществ, контролируемых на фоновых станциях, являются такие факторы, как количество загрязняющих веществ, поступающих в окружающую среду в результате антропогенной деятельности, их распространенность, токсичность, персистентность, способность к накоплению в природных объектах, передача по пищевым цепям с накоплением в живых организмах, вредное воздействие на экосистемы, трансформация в более опасные соединения и т.д.

На основе многолетних и широкомасштабных исследований, проведенных в Западной Европе и Северной Америке, были изуче­ны индикаторные свойства различных животных для оценки загрязнений наземных и водных экосистем пестицидами и полихлор-бифенилами.Так, индикаторами для определения дальдрина, ДДТ и их метаболитов были выбраны скворцы, колю­чая акула, моллюски и обыкновенная щука. По мере расширения масштаба исследований в рамках международного мониторинга менялся круг животных — индикаторов и подходы к выбору био­материала, в частности, на втором этапе обследований стали использовать яйца птиц. Анализ имеющегося опыта использова­ния животных в качестве биоиндикаторов в нашей стране потре­бовал критического подхода к принятому в других странах кругу видов-индикаторов и более четкого обоснования тех из них, кото­рых целесообразно обследовать на импактном и фоновом уровнях. На основании результатов многолетних исследований загрязнен­ности разнообразных групп животных стойкими пестицидами в ряде районов СССР и данных литературы были разработаны кри­терии выбора животных (Фоновый мониторинг .... 1990), доста­точно репрезентативно характеризующих загрязненность фауны и экосистем в импактных и фоновых районах загрязнений.

В импактных условиях среди беспозвоночных локальную за­грязненность педоценоза хорошо характеризуют дождевые черви (в зонах тундры, тайги, смешанных лесов) и напочвенные жуки (в степи и полупустыне). Для целей фонового мониторинга наземных экосистем беспозвоночных практически не используются, хотя до­ждевые черви, например, концентрируют хлорорганические пести­циды в значительных количествах. Однако наличие видоспецифической чувствительности и трудности в идентификации, требующей специальной подготовки, ограничивают их использо­вание в качестве биоиндикаторов фоновых загрязнений. Из числа млекопитающих для целей импактного мониторинга рекомендуются, прежде всего, виды грызунов и зайцеобразных (мыши, полевки, пищухи и др.).

В водных экосистемах накапливать поллютанты, в том числе хлорорганические соединения, способны и планктонные организ­мы, но вследствие малой продолжительности жизни планктон луч­ше характеризует локальное или новое загрязнение и менее приго­ден для количественного анализа загрязнений при фоновом мони­торинге.

Для этих целей из гидробионтов лучше подходят представители тоже высоких трофических уровней, например, моллюски. В то же время мигрирующие виды (рыбы, птицы) менее подходят для целей фонового мониторинга, так как загрязняющие вещества могут попасть в них в более загрязненных местах на путях миграции. Индикационные возможности наиболее комплексно выражены у хищных животных (птиц, млекопитающих, рыб). Поскольку в биосферных заповедниках добыча животных исключена. Поэтому для целей фонового мониторинга могут быть использованы возможности охранных зон заповедников и прилегающих к ним охотничьих хозяйств.

В проекте нового Федерального Закона "Об охране окружающей среды в Российской Федерации" по сравнению с действующим Законом Российской Федерации "Об охране окружающей природной среды" введена специальная статья 22 "Единая государственная система экологического мониторинга", текст которой приводится ниже.

1. Экологический мониторинг проводится с целью наблюдения за изменениями качества окружающей среды, происходящими в ней физическими, химическими, биологическими процессами, уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов, последствиями его влияния на растительный и животный мир, за интенсивностью антропогенного воздействия на окружающую среду на территории Российской Федерации и осуществляется в рамках Единой государственной системы экологического мониторинга.

2.Общее руководство деятельностью Единой государственной системой экологического мониторинга осуществляет Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации. Функции других федеральных органов исполнительной власти в Единой государственной системе экологического мониторинга определяются Правительством Российской Федерации.

3.Экологический мониторинг осуществляют: Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации; специально уполномоченные государственные органы Российской Федерации в области регулирования использования и охраны отдельных видов природных ресурсов; другие федеральные органы исполнительной власти в рамках Единой Государственной системы экологического мониторинга.

4. Ведомства, осуществляющие экологический мониторинг, обязаны обеспечивать заинтересованные организации и население текущей и экстренной информацией об изменениях окружающей среды, предупреждать о них и давать прогнозы ее качества.

5. Данные экологического мониторинга предоставляются бесплатно государственным органам законодательной и исполнительной власти Российской Федерации, государственным органами представительной и исполнительности власти субъектов Россииской Федерации, органам местного самоуправления и гражданам Российской Федерации.

6. Предприятиям и организациям результаты экологического мониторинга и предоставляют за плату.

7. Порядок установления взимания и размер платы за информацию о состоянии окружающей среды и характере (интенсивности) антропогенного воздействия на окружающую среду устанавливается решением Правительства Российской Федерации.

Лекция 9. Оценка состояния загрязнения окружающей среды.

Оценка изменений и тенденций изменений состояния окружающей среды должна либо констатировать неблаго­получное положение на той или иной территории, ука­зать, чем именно оно обусловлено, и помочь определить действия, направленные на восстановление и нормализа­цию положения, либо, наоборот, выявить особо благо­приятные ситуации (кратковременные или долговремен­ные) и природные возможности, что позволит эффективно использовать имеющиеся экологические резервы приро­ды в интересах человека.

Основными показателями, характеризующими уровень антропогенного воздействия на окружающую природную среду, с использованием которых проводят оценку ее ка­чества, являются:

- критические нагрузки — потоки массы загрязнения в единицу времени в объект окружающей среды;

- критические уровни концентраций загрязняющих веществ — максимальные значения их концентраций в окружающей среде, которые не приводят к вредным воздействиям на структуры и функции экосистем в долго­временном плане.

Критерии качества окружающей среды

В соответствии с природоохранным законодательством Российской Федерации нормирование качества окружаю­щей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения и сохранение ге­нофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устой­чивого развития хозяйственной деятельности. При этом под воздействием понимается антропогенная деятель­ность, связанная с реализацией экономических, рекре­ационных, культурных интересов и вносящая физические, химические, биологические изменения в природную сре­ду. Определенная таким образом цель подразумевает на­ложение граничных условий (нормативов) как на само воздействие, так и на факторы среды, отражающие и воз­действие, и отклики экосистем.

Экологическое нормирование предполагает учет так называемой предельно допустимой нагрузки на экосистему (ПДЭН). Допустимой считается такая нагрузка, под воз­действием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следо­вательно, не вызывает нежелательных последствий у жи­вых организмов и не ведет к ухудшению качества среды. Санитарно-гигиеническое нормирование подразумевает установление безопасных для здоровья населения уров­ней содержания вредных веществ в объектах окружающей среды. Как экологическое, так и санитарно-гигиени­ческое нормирование основано на знании эффектов,оказываемых разнообразными факторами воздействия на живые организмы.

Установление нормативов качества окружающей сре­ды и продуктов питания основывается на концепции пороговости воздействия.

Порог вредного воздействия — это минимальная доза вещества, при воздействии которой в организме возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология. Таким образом, пороговая доза вещества (или пороговое воздей­ствие вообще) вызывает у биологического организма от­клик, который не может быть скомпенсирован за счет го-меостатических механизмов (механизмов поддержания внутреннего равновесия организма).

Нормативы, ограничивающие вредное воздействие, устанавливаются и утверждаются специально уполномо­ченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды, санитарно-эпидемиоло­гического надзора и совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) — норма­тивы, устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема (воздуха, воды), массы (пищевых про­дуктов, почвы) или поверхности (кожа работающих), ко­торые при воздействии за определенный промежуток вре­мени практически не влияют на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.

Таким образом, санитарно-гигиеническое нормирова­ние охватывает все среды, различные пути поступления вредных веществ в организм, хотя редко отражает комби­нированное воздействие (одновременное или последова­тельное действие нескольких веществ при одном и том же пути поступления) и не учитывает эффектов комплексного (поступления вредных веществ в организм различными путями и с различными средами — с воздухом, водой, пи­щей, через кожные покровы) и сочетанного воздействия всего многообразия физических, химических и биологических факторов окружающей среды. Существуют лишь ограниченные перечни веществ, обладающих эффектом суммации при их одновременном содержании в атмос­ферном воздухе.

Анализ того, как изменяются с течением времени зна­чения предельно допустимых концентраций, свидетельст­вует об их относительности, вернее — об относительности наших знаний о безопасности или опасности тех или иных веществ. Для веществ, о действии которых не на­коплено достаточной информации, могут устанавливаться временно допустимые концентрации (ВДК) — полученные расчетным путем нормативы, рекомендованные для ис­пользования сроком на 2—3 года (в Приложении 1 см. значения ПДК для различных загрязняющих веществ в воздухе, воде, почве).

В публикациях иногда встречаются и другие характе­ристики загрязняющих веществ. Под токсичностью пони­мают способность веществ вызывать нарушения физиоло­гических функций организма, что, в свою очередь, приво­дит к заболеваниям (интоксикациям, отравлениям) или, в тяжелых случаях, к гибели. Фактически токсичность — мера несовместимости вещества с жизнью. Степень ток­сичности веществ принято характеризовать величиной токсической дозы — количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект. Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность.

Различают среднесмертельные (ДД₅₀), абсолютно смертельные (ЛД₁₀₀), минимально смертельные (ЛД_0-10) и другие дозы. Цифры в индексе отражают вероятность (%) появления определенного токсического эффекта — в данном случае смерти — в группе подопытных живот­ных. Величины токсических доз зависят от путей посту­пления вещества в организм и не используются в системе нормирования.

Санитарно-гигиенические и экологические нормативы определяют качество окружающей среды по отношению к здоровью человека и состоянию экосистем, но не ука­зывают на источник воздействия и не регулируют его де­ятельность. Требования, предъявляемые к собственно ис­точникам воздействия, отражают научно-технические нор­мативы. К научно-техническим нормативам относятся нормативы выбросов и сбросов вредных веществ, а так­же технологические, строительные, градостроительные нор­мы и правила, содержащие требования по охране окружа­ющей природной среды. В основу установления научно-технических нормативов положен следующий принцип: при условии соблюдения этих нормативов предпри­ятиями региона содержание любой примеси в воде, воз­духе и почве должно удовлетворять требованиям санитар­но-гигиенического нормирования.

Научно-техническое нормирование предполагает вве­дение ограничений деятельности хозяйственных объектов в отношении загрязнения окружающей среды, иными словами, определяет предельно допустимые потоки вред­ных веществ, которые могут поступать от источников воз­действия в воздух, воду, почву. Таким образом, от пред­приятий требуется не собственно обеспечение тех или иных ПДК, а соблюдение пределов выбросов и сбросов вредных веществ, установленных для объекта в целом или конкретных источников, входящих в его состав.

Оценка загрязнения атмосферного воздуха

Под качеством атмосферного воздуха понимают сово­купность свойств атмосферы, определяющую степень воз­действия физических, химических и биологических фак­торов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в це­лом. Основные критерии опасности загрязнения воздуха основаны на санитарно-гигиеническом нормативе — ПДК.

Нормативами качества воздуха определены допусти­мые пределы содержания вредных веществ как в производственной (предназначенной для размещения про­мышленных предприятий, опытных производств науч­но-исследовательских институтов и т. п.), так и в селитеб­ной (предназначенной для размещения жилого фонда, общественных зданий и сооружений) зонах населенных пунктов.

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДК_рз) — концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не долж­на вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами ис­следования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих. ПДКр₃ представляет собой норматив, ограничивающий воздейст­вие вредного вещества на взрослую работоспособную часть населения в течение периода времени, установлен­ного трудовым законодательством.

Предельно допустимая концентрация максимальная разовая (ПДКмр) — концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыха­нии в течение 20 мин рефлекторных (в том числе суб­сенсорных) реакций в организме человека. ПДК_мр ис­пользуют при установлении научно-технических норма­тивов — предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ.

Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДК_СС) — это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на чело­века прямого или косвенного воздействия при неограни­ченно долгом (годы) вдыхании. Таким образом, ПДК_СС рассчитана на все группы населения и на неопределенно долгий период воздействия и, следовательно, является самым жестким санитарно-гигиеническим нормативом, ус­танавливающим концентрацию вредного вещества в воз­душной среде. Именно величина ПДКсс может выступать в качестве «эталона» для оценки благополучия воздушной среды в селитебной зоне.

В табл. 7 представлены примеры различных видов пре­дельно допустимых концентраций некоторых загрязните­лей в воздухе.

Таблица 7

Соотношение различных видов ПДК в воздухе для некоторых веществ

Вещество	ПДКСС, мг/м3	ПДКмр, мг/м3	ПДКрз, мг/м3
Азота оксид (II)	0,06	0,6	30
Кобальта сульфат	0,0004	0,001	0,005
4-хлоранилин	0,01	0,04	0,30

Согласно действующим положениям для некоторых загрязняющих веществ в воздухе можно суммировать их вредное воздействие при наличии п таких ингредиентов соответственно с концентрациями с₇ и предельно допус­тимыми концентрациями ПДК,- (i = 1, 2, ..., п). При этом требуется, чтобы выполнялось соотношение

пдк, пдк₂ пдк„

1.

К вредным веществам, обладающим суммацией дейст­вия, относятся, как правило, вещества, близкие по хими­ческому строению либо характеру влияния на организм человека, например:

- акриловая и метакриловая кислоты;

- аммиак и сероводород;

- оксиды азота (И) и (IV), мазутная зола и диоксид серы;

- сильные неорганические кислоты (серная, соляная, азотная);

- ацетон и фенол;

- озон, оксид азота (II), формальдегид и т. д.

Вместе с тем многие вещества при одновременном присутствии в атмосферном воздухе не обладают эффек­том суммации, т. е. их содержание в воздухе не должно превышать предельно допустимых значений концентра­ций независимо от наличия других загрязнителей.

В том случае, когда отсутствуют значения ПДК, для оценки гигиенической опасности вещества можно поль­зоваться значением ВДК или показателем ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ).

Уровень загрязнения атмосферы обычно описывается набором статистических характеристик для ряда конт­ролируемых вредных веществ. Для оценки степени загрязнения средние (максимальные) концентрации ве­ществ нормируют на величину средней (максимальной) концентрации для большого региона или на сани­тарно-гигиенический норматив — ПДК.

Нормированные характеристики загрязнения атмосфе­ры иногда называют индексом загрязнения атмосферы (ИЗА). В практической работе используют большое коли­чество различных ИЗА. Некоторые из них основаны на косвенных показателях загрязнения, например на види­мости атмосферы, коэффициенте прозрачности. ИЗА мож­но разделить на две основные группы:

- единичные индексы загрязнения атмосферы одной примесью;

- комплексные показатели загрязнения атмосферы несколькими веществами.

К единичным индексам загрязнения атмосферы относят:

- коэффициент для выражения концентрации приме­си в единицах ПДК (а), т. е. значение максимальной или средней концентрации, приведенное к ПДК.

Этот ИЗА используют как критерий качества атмосфер­ного воздуха по отдельным примесям;

- повторяемость (g) концентраций примеси в воздухе выше заданного уровня на посту либо по постам города за год. Это процент случаев превышения заданного уров­ня разовыми значениями концентрации примеси:

где п — число наблюдений за рассматриваемый период;

т — число случаев превышения заданного уровня разо­выми значениями концентраций;

- ИЗА (/) отдельной примесью — количественная ха­рактеристика уровня загрязнения атмосферы, учитываю­щая класс опасности вещества через нормирование на опасность SO₂:

где Q_T — среднегодовая концентрация примеси; Щ — константа для различных классов опасности веществ по приведению к степени вредности диоксида серы. Для раз­личных классов опасности K_t принимается равным:

Класс опасности

1

1,7

1,3

1,0

0,9

Расчет ИЗА основан на предположении, что на уровне ПДК все вредные вещества характеризуются одинаковым влиянием на человека, а при дальнейшем увеличении концентрации степень их вредности возрастает с различ­ной скоростью, которая зависит от класса опасности ве­щества. ИЗА используют для характеристики «вклада» от­дельных примесей в общий уровень загрязнения атмосфе­ры за данный период времени на данной территории и для сравнения степени загрязнения атмосферы различны­ми веществами.

Разделение химических соединений на четыре класса опасности осуществляется в зависимости от токсичности (табл. 8). Учет класса опасности позволяет дифферен­цированно подходить к обоснованию необходимых про­филактических мероприятий (например, к мерам безо­пасности при работе с различными веществами), а также предварительно оценивать сравнительную опасность воз­действия тех или иных веществ на организм человека.

Таблица 8

Классы опасности химических соединений в зависимости от характеристик их токсичности

Показатель	Класс опасности
	I (чрезвычай­но опасные)	II (высокоопас­ные)	III (умеренно опасные)	IV (малоопас­ные)
ПДКрз, мг/м3	Меньше 0,1	0,1-1,0	1-10	Больше 10
ЛД50 при введении в желудок, мг/кг мас­сы тела	Меньше 15	15-150	150-5000	Больше 5000
Примеры веществ	Hg	NO2, H2SO4	SO2, пыль	СО, NH3

К комплексным индексам загрязнения атмосферы относят: — комплексный индекс загрязнения атмосферы горо­да (КИЗА) — это количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы, создаваемого п веществами, при­сутствующими в воздухе:

I'-

где I, — единичный индекс загрязнения атмосферы;

- комплексный индекс загрязнения атмосферы при­оритетными веществами — количественная характеристи­ка уровня загрязнения атмосферы приоритетными веществами, определяющая уровень загрязнения атмосферы в городе. Рассчитывается аналогично КИЗА.

Для оценки загрязнения атмосферного воздуха прово­дят обработку данных постов наблюдений. Она может быть выполнена также по отдельным районам или в це­лом по городу на основании суммирования исходных данных наблюдений на всех постах. Основными результа­тами анализа экспериментальных данных помимо пере­численных индексов загрязнения атмосферы являются:

- графики временного (суточного, месячного, годово­го) хода характеристик загрязнения;

- графики взаимосвязи характеристик загрязнения с метеопараметрами (скоростью и направлением ветра, осадками, приземными инверсиями, туманами и др.);

- карты-схемы распределения характеристик загряз­нения на территории города или промышленного района в отдельные периоды наблюдений, типичные по условиям погоды и выбросов;

- «розы загрязнения» в отдельных пунктах и в целом по городу, основанные на данных повторяемости значений концентраций при разных направлениях ветра;

- таблицы характеристик загрязнения в отдельных пунктах при различных выбросах.

Подфакельные наблюдения позволяют оценить макси­мальные концентрации загрязняющих веществ при на­правлении факела от предприятия на тот или иной район города. При их обработке определяют средние (макси­мальные) значения концентраций на каждом из выбран­ных расстояний от источника (при наличии не менее 50 случаев наблюдений), исследуют зависимость появле­ния максимальных концентраций от расстояния до ис­точника выброса.

Результаты наблюдений за содержанием загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на телевизионных выш­ках и других высотных сооружениях позволяют охаракте­ризовать распределение концентраций примесей над го­родом по высоте.

Оценка загрязнения поверхностных вод

В соответствии с санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.559—96 питьевая вода должна быть безо­пасна в эпидемическом и радиационном отношении, без­вредна по химическому составу и иметь приятные орга­нолептические свойства. Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, опреде­ляющая ее пригодность для конкретных видов водо­пользования; при этом показатели качества представ­ляют собой признаки, по которым оценивают качество воды.

По санитарному признаку устанавливают микробиоло­гические и паразитологические показатели воды (число микроорганизмов и число бактерий группы кишечной па­лочки в единице объема). Токсикологические показатели воды, характеризующие безвредность ее химического со­става, определяются содержанием химических веществ, которое не должно превышать установленных нормати­вов. Наконец, при определении качества воды учитыва­ют органолептические (воспринимаемые органами чувств) свойства: температуру, прозрачность, цвет, запах, вкус, жесткость.

Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения определены санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.544—96, причем нормируются запах, вкус, цветность, мутность, колииндекс, а также указывается, что содержание химических веществ не должно пре­вышать значений соответствующих ПДК.

Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользо­вания (ПДК_В) — это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвен­ного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, ухудшать гигиенические условия водопользования.

Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДК_вр), - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых.

В табл. 9 представлены примеры различных видов предельно допустимых кон­центраций некоторых загрязнителей в воде.

Таблица 9

Соотношение различных видов ПДК в воде для некоторых веществ

Вещество	ПДКвр, мг/дм3	ПДКВ, мг/дм3
Ртути неорганические соеди­нения (по Hg)	0,0001	0,0005
Аммония фторид (по фтору)	0,05	0,7
Триэтаноламин	0,01	1,0

По результатам мониторинга состояния водной среды важно определить, к какому типу водных объектов отне­сены река, озеро, водохранилище, и использовать для оценки ситуации соответствующие нормативы.

В гидрохимической практике используют и метод ин­тегральной оценки качества воды по совокупности нахо­дящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обна­ружения. В соответствии с этим методом для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рас­считывают баллы кратности превышения ПДК_вр — К₍, повторяемости случаев превышения H_t и общий оценоч­ный балл Bj. Первые два показателя являются единичны­ми индексами загрязнения воды, их рассчитывают ана­логично соответствующим индексам загрязнения воздуха. Общий оценочный балл представляет собой произведение этих показателей:

в_г = к_г и,

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяют как лимитирующие показатели загрязнения (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязнения воды (КИЗВ) рассчитывают как сумму общих оценочных баллов всех учитываемых загрязняю­щих веществ. По величине комбинаторного индекса заг-рязнения устанавливают класс загрязнения воды.

Также оценку качества воды и сравнение современного состояния водного объекта с установленными в прошлые годы характеристиками проводят на основании индекса загрязнения воды по гидрохимическим показателям ИЗВ. Этот индекс, представляющий собой формальную характеристику, рассчитывают усреднением как минимум пяти индивидуальных показателей качества воды. Обязательны для учета следующие показатели: концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН и биологическое потребление кислорода БПК₅:

Чтобы охарактеризовать качество воды единой оценкой, показатели выбирают независимо от лимитирующего признака вредности. При равенстве концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим токсикологический признак вредности.

В табл. 10 представлена классификация водных объектов по степени их загрязнения в зависимости от значений гигиенических показателей качества воды.

Для совокупной оценки опасных уровней загрязнения водных объектов при выделении зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия используют формализованный суммарный показатель химического загрязнения (ПХЗ-10). Этот показатель особенно важен для территорий, где загрязнение наблюдается сразу по нескольким химическим веществам, каждое из которых многократно превышает ПДК.

Расчет ПХЗ-10 производят по десяти соединениям, максимально превышающим повторяемость (g) концентраций примеси в воздухе выше заданного уровня на посту либо по постам города за год. Это процент случаев превышения заданного уров­ня разовыми значениями концентрации примеси:

При определении ПХЗ-10 для химических веществ, по которым «относительно удовлетворительный» уровень за­грязнения воды определяют как их «отсутствие», отноше­ние с/ПДК условно принимают равным единице. Для установления ПХЗ-10 рекомендуется проводить анализ воды по максимально возможному числу показателей.

Таблица Гигаеническая классификация водных объектов по степени загрязнения

Степень загрязнения	Органолептиче-ские свойства		Токсико­логиче­ские свойства	Санитарный режим		Бактерио­логические показатели		Индекс загрязнения
	Запах, при­вкус (в баллах)	пдкорг> степ, превыш.	степ, пре­выш.	ВПК, мг/дм3	Раств. о2, мг/дм3	Число бактерий группы кишеч­ной палочки
	I, II KB*	I, II KB	I, II KB	I, II KB	1,11 KB	I KB	II KB
Допусти­мая	2	1	1	3-6	4	<104	<1-104	0
Умеренная	3	4	3	6-8	3	>104-105	>104- ю5	1
Высокая	4	8	10	8-10	2	>105-106	>105-106	2
Чрезвы­чайно вы­сокая	>4	> 8	100	> 8-10	1	>106	>106	3

* KB — категория водопользования. К категории I водопользования от­носятся водные объекты, используемые для хозяйственно-питьевых целей; к категории II — водные объекты, используемые для культурно-бытовых целей, а также расположенные в черте населенных мест.

Нормирование выбросов (сбросов).

Научно-технические нормативы воздействия на окру­жающую среду разрабатывают для хозяйственных объек­тов с указанием предельно допустимых выбросов и пре­дельно допустимых сбросов.

Предельно допустимый выброс (ПДВ) — масса вещест­ва в отходящих газах, максимально допустимая к выбросу в атмосферу в единицу времени; ПДВ устанавливают для каждого источника загрязнения атмосферы (и для каждой примеси, выбрасываемой этим источником) таким обра­зом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников города или другого насе­ленного пункта с учетом перспективы развития промыш­ленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превы­шающую их ПДК_мр; основные значения ПДВ — макси­мальные разовые — устанавливают при условии полной нагрузки технологического и газоочистного оборудования и их нормальной работы.

Наряду с максимальными разовыми (контрольными) значениями ПДВ (в г/с) устанавливают производные от них годовые значения ПДВ_Г (в т/г) для отдельных источ­ников и предприятия в целом с учетом временной нерав­номерности выбросов, в том числе во время планового ремонта технологического и газоочистного оборудования.

Если значения ПДВ по причинам объективного харак­тера не могут быть достигнуты, для таких предприятий устанавливают значения временно согласованных выбро­сов вредных веществ (ВСВ) и вводят поэтапное снижение показателей выбросов вредных веществ до значений, ко­торые обеспечивают соблюдение ПДВ.

Экологический мониторинг может решать задачи оцен­ки соответствия деятельности предприятия установлен­ным значениям ПДВ или ВСВ путем определения кон­центраций загрязняющих веществ в приземном слое возду­ха (например, на границе санитарно-защитной зоны).

Основным нормативом сброса загрязняющих веществ, установленным в Российской Федерации, является пре­дельно допустимый сброс (ПДС) — масса вещества в сточ­ных водах, максимально допустимая к отведению с уста­новленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества во­ды в контрольном пункте; ПДС — предел по расходу сточных вод и концентрации содержащихся в них приме­сей — устанавливают с учетом ПДК веществ в местах во­допользования (в зависимости от вида водопользования), ассимилирующей способности водного объекта, перс­пектив развития региона и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды.

ПДС устанавливают для каждого источника загрязнения и каждого вида примеси с учетом их комбинированного воздействия. В основе определения ПДС (по аналогии с ПДВ) лежит методика расчета концентраций загрязняю­щих веществ, создаваемых источником в контрольных пунктах — расчетных створах, с учетом разбавления, «вклада» других источников, перспектив развития (проек­тируемые источники) и т. д.

Общий принцип установления ПДС — величина ПДС должна гарантировать достижение установленных норм качества воды (санитарных и рыбохозяйственных) при наихудших условиях для разбавления в водном объекте.

При сбросе сточных вод или других видах хозяйствен­ной деятельности, влияющих на состояние водных объек­тов, используемых для хозяйственно-питьевых и культур­но-бытовых целей, нормы качества поверхностных вод (или их природный состав и свойства — в случае природ­ного превышения этих норм) должны выдерживаться на водотоках начиная со створа, расположенного на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория населённого пункта и т. п.), вплоть до самого места водользования, а на водоемах — на акватории в радиусе от пункта водопользования. Ближайшие пункты водопользования определяют органы санитарно-эпидемиологической службы.

При сбросе сточных вод или других видах хозяйственной деятельности, влияющих на состояние рыбохозяйственных водотоков и водоемов, нормы качества поверхностных вод (или их природный состав и свойства в случае природного превышения этих норм) следует соблюдать на протяжении всего участка водопользования начиная с контрольного створа, т. е. не далее чем в 500 м от места сброса сточных вод или расположения других источников загрязнения поверхностных вод (мест добычи полезных ископаемых, производства работ на водном объекте и т. п.).

Для сброса сточных вод в черте населенного пункта в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод» ДС устанавливают исходя из отнесения нормативных требований к самим сточным водам. При этом следует руководствоваться тем, что использование водных объектов в черте населенных мест относится к категории комунально-бытового водопользования.

В случае если значения ПДС по объективным причинам не могут быть достигнуты, для таких предприятий устанавливают временно согласованные сбросы вредных веществ (ВСС) и вводят поэтапное снижение показателей сбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДС.

Оценка загрязнения почв.

В нашей стране был установлен лишь один норматив, определяющий допустимый уровень загрязнения почвы вредными химическими веществами, — ПДК для пахотного слоя почвы. Принцип нормирования содержания химических соединений в почве основан на том, что они поступают в организм преимущественно через контак­тирующие с почвой среды. Основные понятия, касаю­щиеся химического загрязнения почв, определены ГОСТ 17.4.1.03—84 «Охрана природы. Почвы. Термины и опре­деления химического загрязнения».

Предельно допустимая концентрация в пахотном слое почвы (ПДКп) — это концентрация вредного вещества в верхнем, пахотном, слое почвы, которая не должна ока­зывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и на здоровье чело­века, а также на самоочищающую способность почвы. Нормативы ПДК_П разработаны для веществ, которые мо­гут мигрировать в атмосферный воздух или грунтовые во­ды, снижать урожайность или ухудшать качество сельско­хозяйственной продукции.

Оценку уровня химического загрязнения почв насе­ленных пунктов проводят по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и гигиенических иссле­дованиях окружающей среды городов. Такими показате­лями являются коэффициент концентрации химическо­го элемента К_с и суммарный показатель загрязнения Z_c.

Суммарный показатель загрязнения может быть определен для всех элементов в одной пробе и для участка территории по геохимической выборке. Оценка опасности загрязнения почв комплексом элементов по показателю Z_c проводится по оценочной шкале (табл. 11), градации которой разработаны на основе изучения состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв.

Таблица 11

Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю

Категория загрязнения почв	Величина	Изменение показателей здоровья населения в очагах загрязнения
Допустимая	Меньше 16	Наиболее низкий уровень заболева­емости детей и минимум функциональ­ных отклонений
Умеренно опас­ная	16-32	Увеличение общего уровня заболева­емости
Опасная	32-128	Увеличение общего уровня заболева­емости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционирования сер­дечно-сосудистой системы
Чрезвычайно опасная	Больше 128	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение случаев токсикоза при беременности, прежде­временных родов)

Информацию о загрязнении почв рекомендуется сопоставлять с интегральными биологическими показателя­ми, характеризующими качество почв, такими как фер­ментативная активность, активность и распространение почвенных организмов.

Оценка пространственных масштабов загрязнения.

Результаты комплексного обследования загрязнения природной среды для установленных приоритетных загрязняющих веществ анализируют в табличной или гра­фической форме или в виде карт-схем, на основании ко­торых могут быть оценены пространственное распределе­ние, масштабы и интенсивность загрязнения в обследуе­мом районе.

Если при проведении рекогносцировочных или де­тальных исследований в изучаемых объектах окружающей среды было определено содержание загрязняющих ве­ществ на различном расстоянии от источника загрязне­ния, то на основании полученных данных могут быть установлены закономерности убывания концентраций по мере удаления от источника, в частности с помощью графиков в логарифмическом или полулогарифмичес­ком масштабе. Установленные закономерности позволя­ют оценить изменение концентраций вредных примесей на участках территории обследуемого района, не охвачен­ных непосредственными измерениями.

При нанесении на карту-схему района результатов мо­ниторинга почвенного и снежного покровов и других объектов природной среды, когда отбор проб производят по единой пространственной сетке, близкие значения концентраций загрязняющих веществ соединяют изоли­ниями. На карту-схему также наносят основные пути миграции загрязняющих веществ.

На основании полученного пространственного распре­деления концентраций загрязняющих веществ устанавли­вают зоны влияния различных источников загрязнения, включая свалки промышленных отходов, выделяют при­родные среды и объекты, являющиеся накопителями вредных веществ и возможными источниками вторичного загрязнения.

Построенные карты-схемы распределения концентра­ций загрязняющих веществ в природных средах вместе с данными об оценках их накопления и миграции в окру-ющей среде сопоставляют с картами-схемами, полученными в результате экологических исследований. На основании такого сопоставления данных о пространственном распределении вредных примесей с данными об цветении растительности, деградации почвы и изменении качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям делают выводы о воздействии загрязнения природные экосистемы обследуемого района.

С учетом хозяйственного использования природной среды и влияния загрязнения на население выявляют средний уровень загрязнения которой является наиболее высоким. Эта среда может считаться приоритетной в отношении первоочередности природоохранных мероприятий и мероприятий по усовершенствованию системы мониторинга.

Оценки, полученные в результате комплексного обследования, служат основанием для разработки рекомендаций по природоохранным мероприятиям.

Основы прогнозирования загрязнения окружающей природной среды

Прогнозирование состояния окружающей природной среды должно основываться на результатах исследований, выявляющих закономерности природных процессов, распространения и миграции загрязняющих веществ, их превращений и влияния на состояние биосферы, реакции различных организмов на изменения ее состояния.

На первом этапе необходимо прогнозировать: изменение интенсивности источников различных воздействий загрязнений, факторы воздействия в природной среде например, общее количество загрязняющих веществ в различных средах), их распределение в пространстве, изменение их свойств и концентраций во времени. Для составления такого прогноза необходимо иметь данные о планах деятельности человека.

Следующий этап — прогноз возможных изменений в биосфере, в ее биотической составляющей под воздейст­вием уже имеющихся в природе загрязнений (и других факторов воздействия), а также вновь поступающих или появляющихся.

Лекция 9 (продолжение) Основные виды прогнозов и методы прогнозирования.

В зависимости от продолжительности упреждаемого периода прогнозы состояния окружающей среды, как и другие виды прогнозов, делят на долгосрочные, средне­срочные и краткосрочные. Особенность прогнозирования состояния окружающей среды состоит в том, что прогноз дают не на конкретный промежуток времени, а на конк­ретную ситуацию, которая может возникнуть в будущем. По масштабу исследования все прогнозы можно подраз­делить на:

- глобальные, охватывающие всю географическую оболочку или крупнейшие ее части, например Северное или Южное полушарие;

- региональные — многочисленная группа прогнозов для отдельных стран — чаще всего это анализ вероятностных последствий воздействия промышленного или иного объекта на окружающую среду.

Прогнозы состояния окружающей природной среды, как правило, охватывают множество объектов и лишь в некоторых случаях могут быть отнесены к одному объ­екту или нескольким объектам соизмеримых масшта­бов.

На достоверность прогноза существенное влияние оказывает метод прогнозирования. Существует три основ­ных метода прогнозирования: экспертных оценок, экс­траполяции и моделирования.

Метод экспертных оценок относится к числу наиболее разработанных. В основе метода лежит система получения и специализированной обработки прогностических оценок объекта мониторинга путем целенаправленного опроса высококвалифицированных специалистов-экспертов в узких областях науки, техники и производства.

Методы экстраполяции применяют выборочно, в основном для составления краткосрочных прогнозов. Они основаны на изучении количественных и качественных показателей исследуемого природного объекта за ряд предшествующих лет с последующим приложением выявленной тенденции их изменения к прогнозируемому периоду. Данные методы применимы в том случае, когда развитие ситуации в течение длительного времени происходит без значительных скачкообразных изменений.

Методы моделирования пользуются в настоящее время большой популярностью, их применяют для составления самых разнообразных прогнозов. Существуют методы физического и математического моделирования, последние находят гораздо большее применение вследствие более широких возможностей. При создании прогностической модели требуется выполнение трех основных условий:

- выявление факторов, имеющих существенное значение для предсказания будущего состояния окружающей среды;

- определение действительного отношения факторов к прогнозируемому явлению (выявление формы взаимосвязи);

- разработка алгоритма и программы.

Практически все глобальные прогнозы загрязнения воды и воздуха построены с помощью методов математи­ческого моделирования, причем модели все более услож­няются; с увеличением объема информации все шире ис­пользуют компьютеры. Однако какой бы сложной ни бы­ла модель, она всегда упрощает объект, поэтому особенно успешно методы математического моделирования ис­пользуют для прогнозирования состояния отдельных ком­понентов природной среды.

При прогнозировании экологических последствий антропогенного загрязнения природной среды модели удобно подразделять на:

- модели переноса и превращения загрязняющих ве­ществ в окружающей среде (географические модели);

- модели изменения состояния экосистемы под влия­нием загрязнения (экологические модели).

Глобальные и региональные модели загрязнения при­родных сред позволяют прогнозировать изменение со­стояния природных геофизических сред с учетом процес­сов переноса, перехода загрязняющих веществ из одной среды в другую, их накопления, а также физической, химической и биологической трансформации и деструк­ции.

Прогнозирование сдерживается целым рядом обсто­ятельств. Прежде всего нужно учитывать, что в любых ре­альных природных процессах присутствуют три состав­ляющие:

- детерминированная, которая поддается точному расчету на период, достаточный для целей прогнозирова­ния;

- вероятностная, которая выявляется в процессе изучения прогнозируемого объекта или явления, причем точность предсказания во многом зависит от успешного выявления закономерностей развития процесса;

- случайная, которая при современном уровне разви­тия науки практически не поддается предсказанию.

Специфика прогнозирования состояния окружающей среды заключается в том, что в подавляющем большинст­ве случаев приходится сталкиваться с вероятностными и случайными составляющими процесса развития, что при­ближает качество прогнозов к уровню гипотез (в наиболь­шей степени это относится к глобальным прогнозам). Кроме того, при составлении прогнозов приходится сталкиваться как с естественными, так и с социально-экономическими процессами. Их точный совместный учет, а не более прогнозирование представляют чрезвычайно ножную методологическую задачу.

Из сказанного следует, что необходимо совершенствовать существующие методы прогнозирования, усложнять модели, а также уточнять прогнозы.

Прогноз загрязнения атмосферы.

В связи с высокой насыщенностью городов источниками загрязнения уровень загрязнения атмосферного воздуха в них, как правило, существенно выше, чем в пригородах и тем более в сельской местности. В отдельные периоды, неблагоприятные для рассеивания выбросов, концентрации вредных веществ могут резко возрасти относительно среднего или фонового городского значения, частота и продолжительность периодов повышенного заг-рязнения атмосферного воздуха зависят от режима выбросов вредных веществ (разовых, аварийных и др.), а также от характера и продолжительности метеоусловий, способствующих повышению концентрации примесей в приземном слое воздуха.

Во избежание повышения уровня загрязнения атмос­ферного воздуха при неблагоприятных для рассеивания вредных веществ метеорологических условиях необходимо прогнозировать и учитывать эти условия. Помимо метеопараметров на распространение примесей в атмосфере оказывают влияние характеристики источников выбросов, в частности их высота, а также температура отходящих газов. Обычно выделяют три типа источников выбросов загрязняющих веществ: высокие с горячими (теплыми) выбросами, высокие с холодными выбросами и низкие.

Также при прогнозировании загрязнения воздуха в городах необходимо учитывать наличие и плотность застройки. При переносе примесей в районы плотной застройки или в условиях сложного рельефа их концент­рации могут повышаться в несколько раз.

Для характеристики загрязнения атмосферного возду­ха по городу в целом в качестве обобщенного показателя используют параметр Р:

N'

где N — количество наблюдений примеси в городе в тече­ние одного дня на всех стационарных постах; М — коли­чество наблюдений в течение того же дня с повышенной концентрацией примеси, превышающей среднее сезонное значение более чем в 1,5 раза.

Параметр Р рассчитывают для каждого дня как по отдельным примесям, так и по всем загрязнителям вмес­те. Этот параметр является относительной характеристи­кой, и его значение определяется главным образом метео­рологическими факторами, оказывающими влияние на состояние атмосферного воздуха на всей территории го­рода.

Методика предсказания вероятного роста концентра­ций вредных веществ в воздухе города предусматривает использование прогностической схемы загрязнения, ко­торую разрабатывают для каждого города на основании опыта многолетних наблюдений за состоянием атмосфе­ры. Общие принципы построения прогностических схем следует рассмотреть несколько подробнее.

Оперативное прогнозирование загрязнения атмосфер­ного воздуха проводят с целью кратковременного сокра­щения выбросов вредных веществ в периоды неблагопри­ятных метеорологических условий. Обычно составляют два вида прогноза загрязнения атмосферного воздуха по городу: предварительный (на сутки вперед) и уточненный (на 6—8 ч вперед, в том числе на текущий день, днем — на вечер и ночь).

О возможном формировании высокого уровня загрязнения атмосферы от одиночных (групповых) источников по городу в целом составляют два вида предупреждений, которые передаются местными органами Росгидромета контролирующим органам и организациям, предприятиям, оказывающим влияние на формирование загрязнения. Предупреждения составляют не ранее чем за 4 ч до ожидаемого роста концентраций загрязняющих веществ с учетом возможного наступления неблагоприятных метеоусловий. В тексте передаваемого потребителям предупреждения о загрязнении необходимо указывать названия объектов, которым дается предупреждение, и период времени, когда ожидается возрастание уровня загрязнения.

В период действия предупреждения контролирующим органами осуществляется оперативное наблюдение за метеопараметрами, состоянием загрязнения атмосферного воздуха, источниками выбросов. Оперативно контролируются до исчезновения опасной ситуации такие метеопараметры, как скорость ветра и его направление у земли и в нижнем слое атмосферы до высоты 500 м, вертикальное распределение температуры воздуха на различных уровнях, характер развития слоя инверсии.

Состояние загрязнения атмосферного воздуха контролируют на стационарных постах не реже, чем через 3 ч при отборе разовых проб, а при использовании автоматических газоанализаторов показания снимают не реже чем через 1 ч.

Контроль источников загрязнения осуществляют:

- путем проведения непрерывных измерений в источиках выбросов;

- путем проведения подфакельных исследований каждые 2 ч в течение периода сохранения опасных метеоусловий;

- путем отбора разовых проб или непрерывного контроля с использованием газоанализаторов на стационарных постах, находящихся в зоне влияния факела (факе­лов) источников выбросов.

Результаты сопоставляют с расчетными данными для реальной синоптической ситуации.

Прогноз загрязнения водных ресурсов.

Используя систему ПДК загрязняющих веществ, на реке ниже сброса сточных вод можно выделить участок с существенным влиянием и участок с несущественным влиянием сточных вод на качество речной воды. Послед­ний характеризуется невысокой концентрацией вредных примесей, режим колебаний которых близок к естествен­ному, т. е. очень мало зависит от режима сброса сточных вод. Концентрация любого загрязняющего вещества на участке с незначительным загрязнением в 80% случаев не должна превышать ПДК.

Подавляющая часть информации о загрязнении реч­ной воды, накопленной гидрологическими службами, от­носится к участкам рек с существенным влиянием сточ­ных вод. В связи с этим при прогнозировании загрязне­ния в первую очередь рассматривают створы наблюдений и створы водопользования, расположенные на участках с существенным влиянием сточных вод на качество воды.

Изменение концентрации загрязняющих веществ в во­дотоках прямо или косвенно зависит от изменения расхо­да и температуры воды. Снижение (а в отдельных случаях и повышение) расхода и температуры воды до некоторых неблагоприятных для данного водного объекта значений может привести к опасным явлениям, поэтому прогнози­рование степени загрязнения речной воды следует вести, ориентируясь в первую очередь на изменения этих пара­метров.

Результаты оперативного прогнозирования загряз­нения речной воды зависят от заблаговременного прогнозирования гидрометеорологических данных. Исходя из существенных возможностей прогнозирования этих пара­метров и учитывая, что для принятия мер по предотвра­щению или уменьшению возможных последствий опасных явлений необходим некоторый резерв времени, прогнозы ухудшения качества воды рек следует давать заблаговре­менно (на месяц вперед) с последующим уточнением даты начала наступления неблагоприятных условий.

Из других возможных неблагоприятных условий на­ибольшую опасность для речных вод представляют аварий­ные сбросы сточных вод. Они могут произойти в результа­те эксплуатации на грани аварии различных накопителей сточных вод, эксплуатации очистных сооружений с превы­шением их проектной мощности, загрязнения водосбросов отходами промышленных предприятий.

Оперативное прогнозирование при этом заключается:

- при явной угрозе аварийного сброса сточных вод -в прогнозе возможного ухудшения качества речной воды, которое может произойти в результате аварийного сброса сточных вод в условиях спрогнозированного мини­мального расхода воды в очередном месяце года (без ука­зания конкретной даты наступления неблагоприятных условий);

- при состоявшемся аварийном сбросе сточных вод - в максимально срочном прогнозе распространения зоны интенсивного загрязнения воды по длине реки в пределах контролируемой территории с указанием примерных сро­ков начала и конца неблагоприятного периода, вызванного прохождением зоны загрязнения.

В связи с большим разнообразием как режима загряз­нения речных вод и показателей воды, так и объема гид­рохимических наблюдений трудно предусмотреть все воз­можные способы составления оперативных прогнозов из­менения степени загрязнения речной воды. Поэтому методы прогноза должны быть согласованы с Гидрометео­службой Российской Федерации.

Прогноз минимальных, а при необходимости и макси­мальных значений расхода и температур речной воды, а также наибольшей толщины льда на рассматриваемом участке реки заблаговременно (на месяц вперед) осу­ществляют отделы гидропрогнозов.

Вся необходимая прогнозная информация об ожидае­мых в очередном месяце года количествах сбрасываемых в реку загрязняющих веществ должна по соответствую­щей договоренности передаваться через муниципальную администрацию или непосредственно от промышленных предприятий 25 числа каждого месяца.

На основании указанных в гидрометеорологических прогнозах данных, сведений о планируемом сбросе сточ­ных вод и оценки возможных аварийных ситуаций каж­дый месяц составляют прогноз степени загрязнения воды на контролируемом участке реки. В случаях, когда по прогнозу ожидаются опасные уровни загрязнения, про­гноз выпускают в форме предупреждения всем заинтере­сованным организациям.

Мониторинг загрязнения окружающей среды — это наблюдение за антропогенным воздействием на нее в пространстве и времени, а также оценка и прогноз его последствий. Объектами изучения в системе мониторинга являются воздух, вода и почва. Помимо наблюдений за загрязнением окружающей среды химическими вещества­ми отслеживают также факторы физического воздейст­вия: радиоактивное и электромагнитное излучения, шу­мовые поля и т. д. Для этих целей в Российской Феде­рации создана Государственная служба наблюдения за состоянием окружающей природной среды и разработана Единая государственная система экологического монито­ринга.

Для проведения исследований в системе мониторинга используют контактные и дистанционные методы наблю­дений: оптические, электрохимические, хроматографиче-ские. Наряду с химическими и физическими методами оценку состояния окружающей среды проводят с исполь­зование биологических методов — биотестирования и биоиндикации.

Мониторинг состояния атмосферного воздуха осу­ществляют на стационарных и передвижных постах на­блюдения. Мониторинг загрязнения водных объектов проводят в стационарных и передвижных лабораториях. В обоих случаях исследования проводят по специально разработанным программам с обязательным учетом ме­теорологических условий и гидрометеопараметров. На­блюдения за загрязнением почв носят экспедиционный характер либо осуществляются стационарно.

Полученная информация является государственной собственностью, однако должна быть доступной для всех заинтересованных предприятий, организаций, органов управления, средств массовой информации и обществен­ности.

Результаты мониторинга служат для оценки качества природных сред по единичным и комплексным показате­лям и выявления зон с неблагоприятной экологической ситуацией и зон экологического бедствия. Также на осно­вании результатов мониторинга осуществляют прогноз состояния окружающей среды и вырабатывают рекомен­дации по снижению уровня загрязнения и совершенство­ванию системы мониторинга.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы основные цели, задачи и уровни мониторинга?

2. Каковы структура и задачи Единой государственной системы эко­логического мониторинга?

3. Каковы структура и задачи Государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды?

4. Какие загрязняющие вещества являются приоритетными? Почему?

5. Какие оптические методы используют для контроля загрязнения природной среды?

6. Какие электрохимические методы используют для контроля за­грязнения природной среды?

7. Какие хроматографические методы используют для контроля за­грязнения природной среды?

8. Что такое дистанционные методы наблюдений?

9. Что такое биологический мониторинг?

10. Что такое представительная проба?

11. Какие виды пробоотбора и виды проб вы знаете?

12. Как осуществляют отбор проб воздуха в жидкие среды?

13. Как осуществляют отбор проб воздуха на твердые сорбенты?

14. Какие категории постов используют для наблюдений за загрязне­нием атмосферного воздуха в городах?

15. Для каких целей служат эти посты?

16. Каковы программы наблюдений на этих постах?

17. Как осуществляют наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта?

18. Как осуществляют наблюдения за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха?

19. Что представляет собой мониторинг снежного покрова?

20. Для чего осуществляют наблюдения за фоновым состоянием ат­мосферы?

21. Каким образом организована сеть наблюдений за загрязнением поверхностных вод?

22. Какие категории пунктов контроля качества поверхностных вод вы знаете?

23. По каким программам осуществляют работу эти пункты?

24. Как отбирают пробы воды и донных отложений?

25. Каким образом осуществляют наблюдения за загрязнением мор­ских вод?

26. Для чего и каким образом стабилизируют (консервируют) пробы воды?

27. Что представляют собой комплексные лаборатории качества воды?

28. Как осуществляют наблюдения за радиоактивным загрязнением природных вод?

29. Как отбирают пробы почвы?

30. Как осуществляют контроль загрязнения почв пестицидами?

31. Как осуществляют наблюдения за загрязнением почв загрязните­лями промышленного происхождения?

32. Как осуществляют наблюдения за радиоактивным загрязнением почв?

33. Какие единичные и комплексные показатели качества воздуха вы знаете?

34. Какие единичные и комплексные показатели качества воды вы знаете?

35. Какие единичные и комплексные показатели качества почв вы знаете?

36. Какие виды прогнозов используют в системе мониторинга?

37. Какие методы прогнозирования используют в системе монито­ринга?

38. Как прогнозируют качество атмосферного воздуха?

39. Как прогнозируют качество поверхностных вод?

1

2