Программы мониторинга. Глава V. Контроль за охраной атмосферного воздуха Мониторинг состояния атмосферы
Мониторинг атмосферного воздуха – это система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, его загрязнением и за происходящими в нем природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха, его загрязнения.
Источники
Источники выбросов
в атмосферу подразделяют на естественные,
обусловленные природными процессами, и антропогенные (техногенные),
являющиеся результатом деятельности человека.
К числу естественных источников загрязнения атмосферного воздуха
относят пыльные бури, массивы зеленых насаждений в период цветения, степные
и лесные пожары, извержения вулканов. Примеси, выделяемые естественными
источниками:
1. пыль растительного, вулканического, космического происхождения,
продукты эрозии почвы, частицы морской соли;
1. туманы, дым и газы от лесных и степных пожаров;
Естественные источники обычно бывают площадными (распределенными) и
действуют сравнительно кратковременно. Уровень загрязнения атмосферы
естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением
Антропогенные (техногенные) источники загрязнения атмосферного
воздуха, представленные главным образом выбросами промышленных
предприятий и автотранспорта, отличаются многочисленностью видов.
Источники выбросов промышленных предприятий бывают стационарными
(источники 1-6), когда координата источника выброса не изменяется во
времени, и передвижными (нестационарными) (источник 7 - автотранспорт).
Источники выбросов в атмосферу подразделяют на: точечные, линейные и
площадные.
Каждый из них может быть затененный и незатененный.
Точечные источники (на рис. 1- 1, 2, 5, 7) - это загрязнения,
сосредоточенные в одном месте. К ним относятся дымовые трубы,
вентиляционные шахты, крышные вентиляторы.
Линейные источники (3) имеют значительную протяженность. Это
аэрационные фонари, ряды открытых окон, близко расположенные крышные
вентиляторы. К ним могут быть также отнесены автотрассы.
Площадные источники (4, 6). Здесь удаляемые загрязнения рассредоточены
по плоскости промышленной площадки предприятия. К площадным источникам
относятся места складирования производственных и бытовых отходов,
автостоянки, склады горюче-смазочных материалов.
Незатененные (1), или высокие, источники расположены в
недеформированном потоке ветра. Это дымовые трубы и другие источники,
выбрасывающие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 высоты расположенных
по близости зданий и других препятствий.
Затененные источники (2-7) расположены в зоне подпора или
аэродинамической тени здания или другого препятствия.
Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу подразделяют на
организованные и неорганизованные.
Из организованного источника (1, 2, 7) загрязняющие вещества поступают
в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды трубы.
Неорганизованный источник выделения загрязняющих веществ (5, 6)
образуется в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия
или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу пыли и газов, в
места загрузки, выгрузки или хранения продукта. К неорганизованным
источникам относят автостоянки, склады горюче-смазочных или сыпучих
материалов другие площадные источники.
3.Характеристика загрязняющих атмосферу веществ.
Наиболее распространенными загрязняющими веществами, поступающими в
атмосферный воздух от техногенных источников, являются: оксид углерода СО;
диоксид серы SO2; оксиды азота NOx; углеводорода CmHn; пыль.
Оксид углерода (СО) - самая распространенная и наиболее значительная
примесь атмосферы, называемая в быту угарным газом. Содержание СО в
естественных условиях от 0,01 до 0,2 мг/м3. Основная масса выбросов СО
образуется в процессе сжигания органического топлива, прежде всего в
двигателях внутреннего сгорания. Содержание СО в воздухе крупных городе
колеблется в пределах 1- 250 мг/м3, при среднем значении 20 мг/м3. Наиболее
высокая концентрация СО наблюдается на улицах и площадях городов с
интенсивным движением, особенно у перекрестков. Высокая концентрация СО в
воздухе приводит к физиологическим изменениям в организма человека, а
концентрация более 750 мг/м3 - к смерти. СО - исключительно агрессивный
газ, легко соединяющийся с гемоглобином крови, образует карбоксигемоглобин.
Состояние организма при дыхании воздухом, содержащим угарный газ,
характеризуется данными в табл.
|карбоксигемоглобина,% | |
|0.4-2 |Ухудшение остроты зрения и способности |
| |оценивать длительность интервала времени |
|2-5 |Нарушение психомоторных функций головного |
|5-10 |Изменение деятельности сердца и легких |
|10-80 |Головные боли, сонливость, спазмы, нарушение|
| |дыхания, смертельные исходы |
Степень воздействия СО на организм человека зависит также от
длительности воздействия (экспозиции) и вида деятельности человека.
Например, при содержании СО в воздухе 10-50 мг/м3, которое наблюдается на
перекрестках улиц больших городов, при экспозиции ~ 60 мин отмечаются
нарушения, приведенные в п.1, а при экспозиции от 12 часов до 6 недель - в
п.2. При тяжелой физической работе отравление наступает в 2-3 раза быстрее.
Образование карбоксигемоглобина - процесс обратимый, через 3-4 ч содержание
его в крови уменьшается в 2 раза. Время пребывания СО в атмосфере
составляет 2-4 месяца.
Диоксид серы (SO2) - бесцветный газ с острым запахом. На его долю
приходится до 95% от общего объема сернистых соединений, поступающих в
атмосферу от антропогенных источников. До 70% выбросов SO2 образуется при
сжигании угля, мазута - порядка 15%.
При концентрации диоксида серы 20-30 мг/м3 раздражается слизистая
оболочка рта и глаз, во рту возникает неприятный привкус. Весьма
чувствительны к SO2 хвойные леса. При концентрации SO2 в воздухе 0,23-0,32
мг/м3 в результате нарушения фотосинтеза происходит усыхание хвои в течение
2- 3 лет. Аналогичные изменения у лиственных деревьев происходят при
концентрациях SO2 0,5-1 мг/м3.
Основной техногенный источник выбросов углеводородов (CmHn - пары
бензина, метан, пентан, гексан) - автотранспорт. Его удельный вес
составляет более 50% от общего объема выбросов. При неполном сгорании
топлива происходит также выброс циклических углеводородов, обладающих
канцерогенными свойствами. Особенно много канцерогенных веществ содержится
в саже, выбрасываемой дизельными двигателями. Из углеводородов в
атмосферном воздухе наиболее часто встречается метан, что является
следствием его низкой реакционной способности. Углеводороды обладают
наркотическим действием, вызывают головную боль, головокружение. При
вдыхании в течение 8 часов паров бензина с концентрацией более 600 мг/м3
возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле.
Оксиды азота (NOX) образуются в процессе горения при высоких
температурах путем окисления части азота, находящегося в атмосфере. Под
общей формулой NOX обычно подразумевают сумму NOи NO2.
Основные источники выбросов NOx: двигатели внутреннего сгорания, топки
промышленных котлов, печи.
NO2 - газ желтого цвета, придающий воздуху в городах коричневатый
оттенок. Отравляющее действие NOx начинается с легкого кашля. При повышении
концентрации кашель усиливается, начинается головная боль, возникает рвота.
При контакте NOx с водяным паром, поверхностью слизнете оболочки образуются
кислоты HNO3 и HNO2, что может привести к отеку легких. Продолжительность
нахождения NO2 в атмосфере - около 3 суток
Размер пылинок колеблется от сотых долей до нескольких десятков мкм
Средний размер частиц пыли в атмосферном воздухе - 7-8 мкм. Пыль оказывает
вредное воздействие на человека, растительный и животный мир, поглощает
солнечную радиацию и тем самым влияет на термический режим атмосферы и
земной поверхности. Частицы пыли служат ядрами конденсации при образовании
облаков и туманов. Основные источники образования пыли: производство
строительных материалов, черная и цветная металлургия (оксиды железа,
частицы А1, Си, Zn), автотранспорт, пылящие и тлеющие места складирования
бытовых и производственных отходов. Основная масса пыли вымывается из
атмосферы осадками.
называются аэрозолями. Общее число разновидностей загрязняющих атмосферу
аэрозолей составляет несколько сотен.
^
Организация наблюдений и контроля загрязнения атмосферного воздуха
В крупных промышленных центрах степень загрязнения атмосферного воздуха может в ряде случаев превысить санитарно-гигиенические нормативы. Характер временной и пространственной изменчивости концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе определяется большим числом разнообразных факторов. Знание закономерностей формирования уровней загрязнения атмосферного воздуха, тенденций их изменений является крайне необходимым для обеспечения требуемой чистоты воздушного бассейна. Основой для выявления закономерностей служат наблюдения за состоянием загрязнения воздушного бассейна.
От возможностей и качества проводимых наблюдений зависит эффективность всех воздухо-охранных мероприятий.
Служба наблюдений и контроля за состоянием атмосферного воздуха, как следует из названия, состоит из двух частей, или систем: наблюдений (мониторинга) и контроля. Первая система обеспечивает наблюдение за качеством атмосферного воздуха в городах, населенных пунктах и территориях, расположенных вне зоны влияния конкретных источников загрязнения. Вторая система обеспечивает контроль источников загрязнения и регулирование выбросов вредных веществ в атмосферу.
Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха проводятся в районах интенсивного антропогенного воздействия (в городах, промышленных и агропромышленных центрах и т.д.) и в районах, удаленных от источников загрязнения (в фоновых районах).
Наблюдения в районах, значительно удаленных от источников загрязнения, позволяют выявить особенности отклика биоты на воздействие фоновых концентраций загрязняющих веществ.
Как правило, фоновые наблюдения по специальной программе фонового экологического мониторинга проводятся в биосферных заповедниках и заповедных территориях. Ранее биосферные заповедники были расположены по всей территории СССР. В биосферных заповедниках осуществляется оценка и прогнозирование загрязнения атмосферного воздуха путем анализа содержания в нем взвешенных частиц, свинца, кадмия, мышьяка, ртути, бенз(а)пирена, сульфатов, диоксида серы, оксида азота, диоксида углерода, озона, ДДТ и других хлорорганических соединений. Программа фонового экологического мониторинга включает также определение фонового уровня загрязняющих веществ антропогенного происхождения во всех средах, включая биоты. Кроме измерения состояния загрязнения атмосферного воздуха, на фоновых станциях производятся также метеорологические измерения.
Сеть фоновых станций, расположенная на территории нашей страны, включена в Глобальную систему мониторинга окружающей среды (ГСМОС), функционирующую в соответствии с программой ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП) под эгидой ЮНЕП. Информация, получаемая с фоновых станций, позволяет оценивать состояние и тенденции глобальных изменений загрязнения атмосферного воздуха. Фоновые наблюдения проводятся также с помощью научно-исследовательских судов в морях и океанах.
При наблюдении за фоновыми уровнями загрязнения атмосферного воздуха разрабатываются модели переноса примесей, и определяется роль в процессах переноса гидрометеорологических и техногенных факторов. На фоновых станциях исследуются и уточняются: критерии создания сети наблюдений, перечни контролируемых примесей, методики контроля и обработки данных измерений, способы обмена информацией и приборами, методы международного сотрудничества. Так, например, по международным соглашениям станция базисного и регионального мониторинга должна размещаться на расстоянии 40-60 км от крупных источников загрязнения с подветренной стороны. На территориях, примыкающих к станции, в радиусе 40-400 км не должен изменяться характер деятельности человека. Было также установлено, что пробы воздуха должны отбираться на высоте не менее 10 м над поверхностью растительности.
На станциях фонового мониторинга наблюдение за качеством атмосферного воздуха осуществляется по физическим, химическим и биологическим показателям.
Необходимость организации контроля загрязнения атмосферного воздуха в зоне интенсивного антропогенного воздействия определяется предварительными экспериментальными (в течение 1-2 лет) и теоретическими исследованиями с использованием методов математического и физического моделирования. Такой подход позволяет оценить степень загрязнения той или иной примесью атмосферного воздуха в городе или любом другом населенном пункте, где имеются стационарные и передвижные источники выбросов вредных веществ.
Обычно расположение источников выбросов и их параметры известны или их можно определить. Зная метеорологические параметры, в том числе "розу ветров" можно с использованием математических и физических моделей рассчитать поля концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе для любой ситуации. Но адекватность принятых моделей реальным ситуациям все равно должна проверяться экспериментально.
Для получения репрезентативной информации о пространственной и временной изменчивости загрязнения воздуха, нужно предварительно провести обследование метеорологических условий и характера пространственной и временной изменчивости загрязнения воздуха с помощью передвижных средств. Для этого чаще всего используется передвижная лаборатория, производящая отбор, а иногда и анализ проб воздуха во время остановок. Такой метод обследования называется рекогносцировочным. Он находит достаточно широкое применение за рубежом.
На карту-схему города (населенного пункта, района) наносится регулярная сетка с шагом 0,1; 0,5 или 1,0 км. На местности по специально разработанной программе случайного отбора проб отбираются и анализируются пробы в точках, совпадающих с узлами сетки, наложенной на карту-схему. Для получения статистически достоверных средних значений измеренных концентраций проводится анализ комбинаций точек на сетке, объединенных в квадраты, например, площадью (2-4) км 2 , с учетом направлений ветра по направлениям. Такой метод позволяет выявить как границы промышленных комплексов и узлов, так и зоны их влияния. При этом обеспечивается возможность сравнения полученных результатов с расчетными данными математических моделей. Использование методов моделирования в этих работах является обязательным.
Если обнаруживается, что существует вероятность роста концентрации примеси выше установленных нормативов, то за содержанием такой примеси в выявленной зоне следует установить наблюдение. Если же такой вероятности нет и отсутствуют перспективы развития промышленности, энергетики и автотранспорта, установление стационарных постов наблюдений за состоянием атмосферного воздуха нецелесообразно. Такой вывод не распространяется на организацию наблюдений за фоновым уровнем загрязнения воздуха вне населенных пунктов.
Установив степень загрязнения атмосферного воздуха всеми примесями выбрасываемыми существующими и намечаемыми к строительству и пуску источниками, а также характер изменения полей концентрации примесей по территории и во времени с учетом карт загрязнения воздуха, построенных по результатам математического и физического моделирования, можно приступить к разработке схемы размещения стационарных постов наблюдений на территории города и программы их работ. Программа разрабатывается исходя из задач каждого измерительного пункта и особенностей изменчивости концентрации каждой примеси в атмосферном воздухе. Пост наблюдений может давать информацию об общем состоянии воздушного бассейна, если пост находится вне зоны влияния отдельных источников выбросов и осуществлять контроль за источниками выбросов, если пост находится в зоне влияния источников выбросов.
При размещении постов наблюдений предпочтение отдается районам жилой застройки с наибольшей плотностью населения, где возможны случаи превышения установленных пороговых значений гигиенических показателей ПДК. Наблюдения должны проводиться за всеми примесями, уровни которых превышают ПДК.
В обязательном порядке измеряются основные, наиболее часто встречающиеся загрязняющие воздух вещества: пыль, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота. Выбор других веществ, требующих контроля, определяется спецификой производства и выбросов в данной местности, частотой превышения ПДК.
Контроль за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха осуществляется как на фоновом уровне, так и в зонах влияния атомных электростанций и других источников возможных выделений или выбросов радиоактивных веществ. При контроле радиоактивного загрязнения на фоновом уровне используются существующие фоновые станции или специальные станции, установленные на расстоянии 50-100 км от возможного источника радиоактивного загрязнения. При контроле в радиусе до 25 км от возможных источников выбросов радиоактивных веществ используется как существующая сеть контроля. так и специальные посты наблюдений, где устанавливаются датчики гамма- излучения и приборы для отбора проб и анализа воздуха. Рекомендуется в зоне до 25 км иметь 10-15 специализированных пунктов контроля, оснащенных дистанционными системами и высокопроизводительными фильтрующими воздух установками, а также около 30 дополнительных стационарных пунктов контроля радиационной обстановки, оснащенных интегрирующими термолюминесцентными дозиметрами. При этом в пределах санитарно-защитной зоны создаются посты дистанционного контроля радиоактивного загрязнения атмосферного воздуха. Подсистемы дистанционного контроля оборудуются каналами связи. Для повышения достоверности информации в каждом пункте устанавливается несколько датчиков.
В 80-e годы на базе сетевых снегомерных съемок была создана новая сеть контроля переноса загрязняющих веществ воздушными массами. Мониторинг загрязнения территории на основе снегомерной съемки позволяет контролировать уровни загрязнения атмосферного воздуха как в незагрязненных (фоновых) районах, так и в городах, и других населенных пунктах.
Важными методами контроля так называемого трансграничного переноса глобальных потоков примесей, переносимых на большие расстояния от места выброса, является система наземных и самолетных станций, сопряженных с математическими моделями распространения примесей. Сеть станций трансграничного переноса оборудуется системами отбора газа и аэрозолей, сбора сухих и мокрых выпадений анализа содержания примесей в отобранных пробах. Информация поступает в метеорологические синтезирующие центры, которые осуществляют:
сбор, анализ и хранение информации о трансграничном переносе примесей в атмосфере;
прогнозирование переноса примесей на основе метеорологических данных;
идентификацию районов выбросов и источников;
регистрацию и расчет выпадений примесей из атмосферного воздуха на подстилающую поверхность и другие работы.
В целях сопоставимости результатов наблюдений, полученных в разных географических и временных условиях, используются единые унифицированные методы отбора и анализа проб, обработки и передачи информации. Информация, получаемая на сети наблюдений, по степени срочности подразделяется на три категории: экстренная, оперативная и режимная. Экстренная информация содержит сведения о резких изменениях уровней загрязнения атмосферного воздуха и передается в соответствующие (контролирующие, хозяйственные) организации незамедлительно. Оперативная информация содержит обобщенные результаты наблюдений за месяц, а режимная - за год. Информация по последним двум категориям передается заинтересованным и контролирующим организациям в сроки их накопления: ежемесячно и ежегодно. Режимная информация, содержащая данные о среднем и наибольшем уровнях загрязнения воздуха за длительный период, используется при планировании мероприятий по охране атмосферы, установлении нормативов выбросов, оценках ущерба, наносимого народному хозяйству загрязнением атмосферного воздуха.
Для того чтобы воздухо-охранные мероприятия были эффективными, информация должна быть полной и достоверной. Полнота информации определяется числом контролируемых ингредиентов, сроками наблюдений, размещением сети наблюдений. Достоверность информации достигается строгим соблюдением нормативных требований, обеспечивающих получение репрезентативных данных, однородность информации, полноту наблюдений, правильность статистической обработки и санитарно-гигиенической оценки по данным наблюдений загрязнения атмосферного воздуха, корректность объяснения причин повышенных уровней загрязнения и тенденций (или их отсутствие) изменения уровней загрязнения атмосферного воздуха во времени и по территории, учет метеорологических условий переноса и рассеяния примесей режима выбросов в данном районе.
Достоверность информации в значительной степени зависит от ее однородности. Необходимо иметь однородный ряд наблюдений за период, для которого средние характеристики оказываются достаточно устойчивыми и слабо зависящими от новых результатов измерений. В городах в результате застройки и реконструкции происходят изменения микроклиматических и метеорологических условий, поэтому получение среднего значения концентрации примеси для периода, в который меняется характер воздействия источников выбросов на атмосферу, является проблемной задачей. Средние годовые концентрации из-за погрешностей измерений, неоднородности рядов наблюдений, изменения метеоусловий и структуры городской застройки, могут значительно варьировать. В связи с этим для повышения качества воздухо-охранных рекомендаций необходимо использовать данные наблюдений за более длительные сроки (5 лет).
Существующая в нашей стране сеть наблюдений загрязнения атмосферного воздуха включает посты ручного отбора проб воздуха и автоматизированные системы наблюдений и контроля окружающей среды (АНКОС). Посты наблюдений загрязнения (ПНЗ) могут быть стационарными, маршрутными и передвижными (подфакельными). С постов ручного отбора пробы для анализа доставляются в химические лаборатории. Системы АНКОС являются стационарными, они оснащены устройствами непрерывного отбора и анализа проб воздуха и передачи информации по каналам связи в центр управления и регулирования состоянием атмосферного воздуха в заданном режиме.
^ Посты наблюдений загрязнения атмосферного воздуха
Стационарный пост наблюдений - это специально оборудованный павильон, в котором размещена аппаратура, необходимая для регистрации концентраций загрязняющих веществ и метеорологических параметров по установленной программе. Из числа стационарных постов выделяются опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных или наиболее распространенных загрязняющих веществ. Место для установки стационарного поста выбирается, как правило, с учетом метеорологических условий формирования уровней загрязнения атмосферного воздуха. При этом заранее определяется круг задач: оценка средней месячной, сезонной, годовой и максимальной разовой концентраций, вероятности возникновения концентраций, превышающих ПДК и др.
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 предприятий промышленности, энергетики, коммунального хозяйства; транспорта и других отраслей городского хозяйства, функциональные особенности выбранной зоны; плотность населения; метеорологические условия данной местности и др. Пост должен находиться вне аэродинамической тени зданий и зоны зеленых насаждений, его территория должна хорошо проветриваться, не подвергаться влиянию близкорасположенных низких источников (стоянок автомашин, мелких предприятий с низкими выбросами т.п.). Количество стационарных постов в каком-либо городе (населенном пункте) определяется численностью населения, рельефом местности, особенностями промышленности, функциональной структурой (жилая, промышленная, зеленая зона и т.д.), пространственной и временной изменчивостью полей концентраций вредных веществ. Для населенных пунктов со сложным рельефом и большим числом источников рекомендуется устанавливать один пост на каждые (5-10) км 2 . Чтобы информация о загрязнении воздуха учитывала особенности города, рекомендуется ставить посты наблюдений в различных функциональных зонах - жилой, промышленной и зоны отдыха. В городах с большой интенсивностью движения автотранспорта посты устанавливаются также и вблизи автомагистралей.
Для обеспечения оптимальных условий проведения стационарных наблюдений отечественной промышленностью выпускаются стандартные павильоны-посты наблюдений или комплектные лаборатории типа ПОСТ. Лаборатория ПОСТ - это утепленный, обитый дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха, проведения метеорологических измерений: скорости и направления ветра, температуры, влажности. Практически все стационарные пункты контроля загрязнения оборудованы комплектными лабораториями ПОСТ-1. Выпускаются и устанавливаются более новые модификации лаборатории - ПОСТ-2 и ПОСТ-2a, которые отличаются более высокой производительностью отбора проб и степенью автоматизации.
На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеорологическими параметрами должны проводиться круглогодично, во все сезоны, независимо от погодных условий. Для постов наблюдений, как правило, устанавливаются три программы наблюдения: полная, неполная и сокращенная. По полной программе наблюдения проводятся ежедневно (выходные-воскресенья, субботы - чередуются) в 1, 7, 13 и 19 часов местного декретного времени, либо по скользящему графику: вторник, четверг, суббота - 7, 10 и 13 ч; понедельник, среда, пятница - 15, 18 и 21 ч. Наблюдения по первой программе предусматривают измерения содержания в воздухе как основных, так и специфических загрязняющих веществ. По неполной программе наблюдения проводятся ежедневно (воскресенья и субботы чередуются), но только в 7. 13 и 19 ч местного декретного времени.
В районах, где температура воздуха ниже 45 o С, наблюдения проводятся по сокращенной программе ежедневно, кроме воскресенья, в 7 и 13 ч по местному декретному времени. Наблюдения по сокращенной программе допускается проводить также в местах, где средние месячные концентрации меньше 1/20 ПДКмр или меньше нижнего предела диапазона измерений примеси используемым методом.
При неблагоприятных метеорологических условиях (туман, продолжительная инверсия температур и др.) отбор проб воздуха на всех постах наблюдений должен производиться через каждые 3 ч. Одновременно следует отбирать пробы под факелами основных источников загрязнения на территории наибольшей плотности населения. Подфакельные наблюдения осуществляются за характерными для данного предприятия примесями.
Стационарный пункт контроля радиоактивного загрязнения атмосферного воздуха представляет собой либо стационарный павильон типа ПОСТ, либо домик размером 3х3х3 м. Он устанавливается, как правило, на специально оборудованных гидрометеорологических станциях (ГМС), огороженных металлической сеткой с размером ячеек 10х10 см. Площадь огороженной площадки составляет 5х10 м, а высота сетки - 1,2-1,5 м. Площадка должна располагаться на расстоянии не менее десяти высот до ближайшего здания и не менее 30 м от дорог. Площадка должна иметь травяной покров. Не допускается высаживание других растений, тем более кустарников и деревьев.
На территории ГМС не ближе 4 м от домика и ограды устанавливается марлевый планшет для сбора радиоактивных выпадений и термолюминесцентный дозиметр. Установку для отбора проб воздуха лучше размещать в специальной будке с жалюзи, приподнятой над поверхностью земли на 80 - 100 см. Выброс воздуха, прошедшего через фильтры установки типа "Тайфун", должен производиться обязательно в противоположную от планшета сторону. Если стационарный пункт не обеспечен электропитанием (трехфазное (5-10) кВт), то вместо фильтрующей установки допускается использование марлевого конуса.
Наблюдение за радиоактивностью атмосферного воздуха осуществляется систематически круглый год. Смена марли на планшетах и вертикальных экранах, а также фильтров в установках производится ежедневно в 7 ч 30 мин утра по местному декретному времени. С фильтрующих установок фильтры могут сниматься как через 24 ч - в 7 ч 30 мин, - так и через 12 ч, т.е. два раза в сутки. При двухразовом отборе установлено время работы установок: с 7 ч 30 мин до 13 ч 30 мин и с 19 ч 30 мин до 1 ч 30 мин. Скорость воздуха в установке определяется с помощью расходомеров УС-125 или УС-175-12 три раза в сутки: в 7ч 30 мин, 13 ч 30 мин и 1 ч 30 мин.
Средняя скорость воздуха, проходящего через фильтры, помещенные в кассетный фильтродержатель, определяется по формуле:
где V 1, V 2 и V 3 - значения скорости соответственно в 7 ч 30 мин, 13 ч 30 мин и 1 ч 30 мин следующих суток (км/ч). Объем прошедшего через фильтры воздуха (Q, м 3 /ч) находится из соотношения:
где S-площадь сечения сопла измерительной насадки (S = 70 см 2), t - время работы установки, ч.
Для определения количества воздуха, прошедшего через экран, ручной анемометр помещают над центром экрана, и скорость ветра измеряют четыре раза в сутки: в 7 ч 30 мин, 13 ч 30 мин, 19 ч 30 мин и 1 ч 30 мин. Среднюю скорость ветра определяют как среднее арифметическое, а объем воздуха, прошедшего через экран, находят по уравнению:
здесь S 1 - площадь экрана, м 2 ; t - время экспозиции экрана, с: f-продуваемость экрана, равная примерно 45%.
Маршрутный пост наблюдений - место на определенном маршруте в городе. Онпредназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижной аппаратуры. Маршрутные наблюдения осуществляются на маршрутных постах с помощью автолабораторий. Такая передвижная лаборатория имеет производительность около 5000 отборов проб в год, в день на такой машине можно произвести отбор 8 - 10 проб воздуха. Порядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняется таким образом, чтобы отбор проб воздуха на каждом пункте проводился в разное время суток. Например, в первый месяц машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во втором - в порядке их убывания, а в третий - с середины маршрута к концу и от начала к середине и т.д.
Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника. Подфакельные наблюдения осуществляются по специально разрабатываемым программам и маршрутам за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия. Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере. Отбор проб воздуха производится 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. Наблюдения под факелом проводятся за типичными для данного предприятия ингредиентами с учетом объема выбросов и их токсичности. В зоне максимального загрязнения (по данным расчетов и экспериментальных замеров) отбирается не менее 60 проб воздуха, а в других зонах минимум должен быть не меньше 25. Отбор проб воздуха при проведении подфакельных наблюдений производится на высоте 1,5 м от поверхности земли в течение 20 - 30, мин не менее чем в трех точках одновременно. В течение рабочего дня под факелом можно отобрать пробы последовательно в 5 - 8 точках.
^ Автоматизированная система наблюдений и контроля окружающей среды
Автоматизированная система наблюдений и контроля окружающей среды (АНКОС-АГ) предназначена для автоматизированного сбора, обработки и передачи информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха. Система позволяет непрерывно получать информацию о концентрации примесей и метеорологических параметрах в населенных пунктах или около крупных промышленных предприятий. Технические возможности регистрации, передачи, хранения и обработки данных о загрязнении атмосферного воздуха позволили разработать основные принципы функционирования автоматизированных систем наблюдения за состоянием атмосферного воздуха.
В состав разработанной отечественной промышленностью АНКОС-АГ входят следующие технические средства:
павильон, конструктивно представляющий собой металлический каркас прямоугольной формы размером 2300x4700x7600 мм;
мачтовое устройство с комплектом метеодатчиков, установленных на крыше павильона, для измерения скорости и направления ветра, температуры, влажности;
устройства отопления, вентиляции, освещения, кондиционирования и пожаротушения;
газоанализаторы оксида углерода, диоксида серы, оксида, диоксида и суммы оксидов азота, озона, суммы углеводородов без метана;
устройство сбора и обработки информации на базе микроЭВМ.
Обмен информацией между системой АНКОС и Центром обработки информации осуществляется по коммутируемым телефонным каналам общего пользования при помощи аппаратов передачи данных (АПД) и мультиплексора передачи данных (МПД). АПД, устанавливаемые на станциях АНКОС, совместно с АПД и МПД Центра обработки информации образуют автоматическую централизованную подсистему сбора информации от систем АНКОС. размещенных по городу или региону. Состав технических средств центра обработки информации:
специализированный вычислительный комплекс на базе ЭВМ;
мультиплексор передачи данных на базе микроЭВМ;
пульт диспетчера;
мнемосхема;
вспомогательное и сервисное оборудование;
программное обеспечение (пакета программ первичной и вторичной обработки данных измерений, банки данных, диспетчерские программы и др.).
Системы АНКОС-АГ и Центра обеспечивают:
систематическое измерение заданных параметров атмосферного воздуха;
автоматический сбор информации со станций АНКОС;
сбор информации от неавтоматизированных звеньев наблюдений (например, от стационарных и передвижных постов);
оперативную оценку ситуации по известным значениям ПДК;
краткосрочный прогноз уровней загрязнения контролируемых примесей;
обработку и выдачу информации.
Средства математического обеспечения включают следующие основные алгоритмы обработки данных:
алгоритм первичной обработки (проверка достоверности служебной информации о загрязнении, приведение информации к виду, удобному для обработки и др.);
алгоритм статистической обработки (определение числовых, вероятностных характеристик параметров загрязнения, метеорологических параметров и др.);
алгоритм экспресс-информации о состоянии загрязнения во всех районах города в заданный момент времени;
алгоритм краткосрочного и долгосрочного прогнозирования загрязнения воздуха;
алгоритм управления, определяющий временной режим работы системы, последовательность этапов функционирования, контроль работоспособности системы, приоритет программ обработки данных и др.
Время усреднения данных о концентрациях примесей составляет не менее 20 - 30 мин, что соответствует времени отбора проб в поглотительные приборы. Частота выдачи информации автоматизированной системы может составлять от нескольких минут до нескольких часов.
^ Мониторинг атмосферного воздуха - слежение за его состоянием и
предупреждение о критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья
людей и других живых организмов.
Для обеспечения мониторинга в развитых странах созданы
автоматизированные системы контроля загрязнения воздуха (АСКЗВ).
Задачи, решаемые АСКЗВ:
1. автоматическое наблюдение и регистрация концентраций загрязняющих
2. анализ полученной информации с целью определения фактического состояния
загрязнения воздушного бассейна;
3. принятие экстренных мер по борьбе с загрязнением;
4. прогноз уровня загрязнения;
6. уточнение и проверка расчетов рассеивания примесей.
АСКЗВ рассчитаны на измерение концентраций одного или нескольких
ингредиентов из следующего ряда: SO2; CO; NOx; O3; CmHn; H2S; NH3;
взвешенных веществ, а также определения влажности, температуры, направления
и скорости ветра.
Сейчас происходит постоянное развитие АСКЗВ путем увеличения числа
стационарных станций и применения передвижных постов наблюдений. Дальнейшее
совершенствование этой системы становится возможным благодаря пониманию
необходимости глобального контроля над состоянием атмосферы путем
объединения локальных, региональных и национальных служб наблюдения за
Лекция
Экологический мониторинг Саратовской области
Основные экологические проблемы Саратовской области
Загрязнение атмосферного воздуха промышленными и автомобильными выбросами является главной экологической проблемой Саратовской области:
На качество атмосферного воздуха на территории Саратовской области оказывают влияние выбросы более 400 наименований загрязняющих веществ различных классов опасности, поступающие в окружающую среду от стационарных и передвижных источников. Общая масса загрязняющих веществ, поступающих ежегодно в атмосферу, составляет более 400,0 тыс. тонн.В подавляющем большинстве источники выбросов сосредоточены в промышленных центрах области.
Более 50% от выбросов загрязняющих веществ в атмосферу приходится на долю автомобильного транспорта.
Сброс загрязняющих веществ техногенного и биогенного происхождения в поверхностные водные объекты, служащие основными источниками хозяйственно-питьевого водоснабжения для 80 % населения области – другая немаловажная проблема. Загрязнение водных объектов происходит в результате сброса неочищенных сточных вод. Ежегодно от предприятий области в водные объекты поступает со сточными водами более 100,0 тыс. т загрязняющих веществ более 20 наименований всех классов опасности.
Ухудшение состояния земельных ресурсов играет отрицательную роль вразвитии экономики Саратовской области. Снижение плодородия почв проявляется в уменьшении содержания в почвах гумуса и основных элементов питания (азота, фосфора и калия).
Увеличиваются площади кислых почв и солонцов, в последнее время заметно активизировались процессы эрозии и опустынивания земель.
Загрязнение почв вокруг промышленных центров области происходит в основном под воздействием выбросов вредных химических соединений промышленными предприятиями и транспортом. Интенсивным источником загрязнения почв являются несанкционированные свалки промышленных и бытовых отходов.
Ежегодно в области увеличивается общее количество образующихся промышленных и бытовых отходов , что обусловлено ростом промышленного производства на предприятиях и изменением структуры и состава твердых бытовых отходов (ТБО). На предприятиях области накоплено более 40 млн. т отходов производства и потребления различных классов опасности, из них более 90% составляет фосфогипс (отход производства фосфорной кислоты, накопленный на территории ООО «Балаковские минеральные удобрения»).
В области ежегодно образуется более 4 млн. м 3 твердых бытовых отходов, которые вывозятся для захоронения на полигоны и свалки ТБО. Подавляющее большинство существующих в населенных пунктах области объектов размещения отходов не обеспечивает их полную изоляцию и защиту окружающей среды, не отвечает санитарным требованиям. Это влечет за собой значительную эпидемиологическую опасность, нарушение природного ландшафта, загрязнение почвы, подземных и грунтовых вод, атмосферного воздуха.
Площадь особо охраняемых природных территорий (ООПТ) регионального значения составляет 0,67 % от площади области, а общая площадь ООПТ, включая территории федерального, регионального и местного значения, составляет 139,5 тыс. га, или 1,39 % от общей площади области. Несмотря на то, что за последний годы эта площадь увеличилась более чем в 2,5 раза, данный показатель значительно отличается от среднего по Приволжскому федеральному округу (6,3 %).
Мониторинг атмосферного воздуха
Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха на территории Саратовской области проводятся Федеральным государственным бюджетным учреждением «Саратовский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (ФГБУ «Саратовский ЦГМС»).
Загрязнение атмосферного воздуха определяется по значениям концентраций примесей. Степень загрязнения оценивается при сравнении фактических концентраций с предельно допустимой концентрацией примеси в атмосферном воздухе (ПДК).
Высокое загрязнение (ВЗ) атмосферного воздуха – содержание одного или нескольких веществ, превышающее максимальную разовую ПДК в 10 и более раз.
Экстремально высокое загрязнение (ЭВЗ) – содержание одного или нескольких веществ, превышающее максимальную разовую ПДК:
В 20-29 раз при сохранении этого уровня более двух суток;
В 30-49 раз при сохранении этого уровня от 8 часов и более;
В 50 и более раз.
Уровень загрязнения атмосферного воздуха города диоксидом серы низкий. Среднегодовая и максимально разовая концентрации значительно ниже ПДК.
Среднегодовая концентрация диоксида азота сохранилась на уровне 1,0 ПДК. Наиболее загрязнен данной примесью атмосферный воздух в районе ПНЗ-8, который расположен в непосредственной близи от пересечения автомагистралей с очень интенсивным движением грузового и пассажирского автотранспорта. Среднегодовая концентрация примеси на посту составила 1,8 ПДК, максимальная разовая концентрация 4,1 ПДК зафиксирована в сентябре при штилевой погоде.
Уровень загрязнения атмосферного воздуха оксидом азота низкий. Значение среднегодовой концентрации соответствовало 0,4 ПДК.
Запыленность города осталась на уровне прошлого года. Среднегодовая концентрация составила 0,5 ПДК. Рост концентраций наблюдался с апреля по октябрь, когда преобладала сухая, ветреная погода с высоким температурным режимом и дефицитом осадков. В течение этого периода было зафиксировано 54 дня с неблагоприятными метеорологическими условиями (НМУ). Среднемесячные концентрации примеси в этот период в целом по городу составляли от 0,5 до 1,6 ПДК.
Среднегодовая концентрация примеси оксида углерода на уровне 0,6 ПДК. В большей степени загрязнен примесью район расположения ПНЗ-8, именно здесь зафиксировано наибольшее число случаев превышения допустимых нормативов (в 1,6 % пробах воздуха, тогда как в целом по городу – в 0,5 %).
Определение примеси формальдегида проводится на всех постах города. Уровень загрязнения атмосферного воздуха незначительно снизился по сравнению с предыдущим годом, но остается достаточно высоким. Среднегодовая концентрация составила 5,0 ПДК. В большей степени данной примесью загрязнен атмосферный воздух в районе размещения ПНЗ-6, который расположен вблизи промышленных предприятий и автомагистрали с интенсивным движением легкового и грузового транспорта. Среднегодовая концентрация примеси здесь достигала 6,3 ПДК (не соответствовало норме 13,5 % проб, тогда как в целом по городу – 6,6 % проб).
Бенз(а)пирен определяется на трех стационарных постах: ПНЗ-1, ПНЗ-2 и ПНЗ-5. Среднегодовая концентрация примеси составила 1,4 ПДК.
фенола проводится на ПНЗ-2, ПНЗ-5, ПНЗ-6 и ПНЗ-8. Средняя концентрация примеси за год составила 0,3 ПДК. Уровень загрязнения атмосферного воздуха данной примесью в течение пяти лет снизился (рис. 36). В большей степени данной примесью загрязнен атмосферный воздух в районе расположения ПНЗ-5 и ПНЗ-8, среднегодовая концентрация примеси здесь составила 0,7 ПДК.
Определение содержания примеси гидрофторид а проводится на двух постах ПНЗ-6 и ПНЗ-8. Уровень загрязнения атмосферного воздуха примесью низкий, среднегодовая концентрация, как и в предыдущем году, составила 0,4 ПДК.
Определение содержания примеси аммиака в атмосферном воздухе проводится на двух стационарных постах ПНЗ-2 и ПНЗ-7. В течение года концентрации примеси не превышали санитарных норм, среднегодовая концентрация составила 0,4 ПДК.
Определение содержания примеси гидрохлорида проводится на двух постах ПНЗ-1 и ПНЗ-7. Уровень загрязнения атмосферного воздуха примесью низкий. Средняя концентрация составила 0,2 ПДК. Максимальная разовая концентрация гидрохлорида 1,0 ПДК была зарегистрирована в августе на ПНЗ-1 в дневное время при слабом восточном ветре.
Сероводород определяется на ПНЗ-1, ПНЗ-2. Средняя концентрация за год составила 0,001 мг/м 3 , как и в прошлом году. Максимальная разовая концентрация примеси 1,0 ПДК была зарегистрирована на ПНЗ-1 в октябре в вечернее время суток при слабом южном ветре.
Ароматические углеводороды о пределяются на стационарном посту ПНЗ-2. Средние концентрации составили: по бензолу – 0,1 ПДК, по ксилолам – 0,05 ПДК, по толуолу – 0,02 ПДК, по этилбензолу – 0,0 ПДК. Максимальные разовые концентрации достигали значений: по этилбензолу – 3,5 ПДК, по бензолу – 1,2 ПДК, по толуолу и ксилолам – 1,1 ПДК.
Тяжелые металлы (железо, кадмий, магний, марганец, медь, никель, свинец, цинк и хром) определяются на одном посту - ПНЗ-7. Все среднемесячные концентрации металлов находились в пределах гигиенических норм.
Динамика загрязнения атмосферного воздуха города за последние пять лет представлена в таблице 1
Таблица 1
Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Саратова основными
и специфическими примесями за 2007-2011 годы, мг/м 3
| Наименование ЗВ | Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ | ПДК с.с. | ||||
| 2007 г. | 2008 г. | 2009 г. | 2010 г. | 2011 г. | ||
| Пыль (взвешенные в-ва) | 0,09 | 0,08 | 0,09 | 0,08 | 0,08 | 0,15 |
| Диоксид серы | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,001 | 0,002 | 0,05 |
| Оксид углерода | 3,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 3,0 |
| Диоксид азота | 0,06 | 0,06 | 0,06 | 0,04 | 0,04 | 0,04 |
| Оксид азота | 0,05 | 0,01 | 0,01 | 0,03 | 0,03 | 0,06 |
| Сероводород | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | - |
| Гидрофторид | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,002 | 0,002 | 0,005 |
| Аммиак | 0,02 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,02 | 0,04 |
| Фенол | 0,004 | 0,003 | 0,003 | 0,002 | 0,001 | 0,003 |
| Формальдегид | 0,026 | 0,022 | 0,019 | 0,016 | 0,015 | 0,003 |
| Гидрохлорид | 0,004 | 0,003 | 0,003 | 0,002 | 0,002 | 0,01 |
В течение последних пяти лет прослеживалась тенденция снижения уровня загрязненияатмосферного воздуха города фенолом, формальдегидом, диоксидом азота, бенз(а)пиреном.
Мониторинг отдельных природных сред
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.
Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха проводятся в районах интенсивного антропогенного воздействия (городах, промышленных и агропромышленных центрах и т.д.) и в районах, удаленных от источников загрязнения (фоновые наблюдения). Их основная задача - определение уровня загрязнения атмосферы, выявление источников загрязнения, получение информации, необходимой для оценки и прогнозирования состояния воздушной среды.
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. Стационарные посты наблюдений оснащены лабораторными установками "Пост-1" и "Пост-2". Они представляют собой утепленные, обитые дюралевыми ячейками павильоны, в которых имеются комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха, измерения ряда метеорологических показателей: скорости и направления ветра, температуры и влажности воздуха. Установки "Пост-2" отличаются более высокой производительностью и степенью автоматизации. Они оснащены автоматизированным прибором "Компонент" с узлом отбора для определения запыленности воздуха, оборудованы самописцами для регистрации относительной влажности и температуры воздуха. В лабораториях "Пост-1" и "Пост-2" могут устанавливаться газоанализаторы для определения содержания двуокиси серы, окиси углерода и других загрязнителей.
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 в 7, 13, 19 ч 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.
Ценную информацию о состоянии атмосферы может дать использование аэрокосмических методов. Они позволяют выявить крупные источники загрязнения, с помощью спектрометрической индикации определить концентрацию аэрозолей и ряда химических соединений (окиси углерода, двуокиси серы, окислов азота и др.), установить ареалы загрязнения воздушной среды на региональном и даже глобальном уровнях.
В практику мониторинга внедряется автоматизированная система наблюдений и контроля окружающей среды (АНКОС). Она предназначена для автоматизированного сбора, обработки и передачи и передачи информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха крупных городов и промышленных центров. Система включает в себя информационно-управляющий вычислительный комплекс, который нацелен на получение оперативных (краткосрочных) прогнозов уровня загрязнения атмосферы. Частота выдачи информации автоматизированной системы может колебаться от нескольких минут до нескольких часов
В настоящее время в воздушном бассейне городов страны контролируется содержание около 80 веществ и элементов. Для большинства из них установлено два норматива: максимально разовая ПДК (осреднённая за 20-30 минут) с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека и средняя суточная ПДК с целью предупреждения общетоксического, канцерогенного и других видов воздействий при неограниченно длительном вдыхании. Кроме того, выделены классы опасности веществ: I – чрезвычайно опасные, II – высокоопасные, III – умеренно опасные, IV – мало опасные.
Для оценки степени загрязнения атмосферного воздуха используются как санитарно-гигиенические, так и экологические критерии. Обычно о степени загрязнения судят по кратности превышения ПДК с учетом класса опасности, суммации биологического действия загрязненного воздуха и частоты превышения ПДК. В целях повышения надежности оценки результатов измерений и исключения случайных величин производится статистическая обработка данных с тем, чтобы получить то их значение, которое в 95% случаев будет на уровне или ниже расчетной концентрации (С 95).
Кратность превышения (К) рассчитывается путем деления величины С 95 на максимальную разовую ПДК:
К=С 95 /ПДК.
Оценка степени загрязнения атмосферного воздуха применительно к выделению кризисной ситуации или зоны экологического кризиса (ЭК) и катастрофической ситуации или зоны экологического бедствия (ЭБ) производится исходя из данных табл. 1.
Таблица 1. – Критерии оценки степени загрязнения атмосферного воздуха по максимально разовым концентрациям
В качестве экологических показателей, характеризующих воздействие загрязненного воздуха на природную среду (растительность, почвы подземные воды и др.), могут выступать критические нагрузки и критические уровни загрязняющих веществ. Они рассматриваются как максимальные значения выпадений или концентрации в воздухе загрязняющих веществ, которые в долговременном плане не оказывают вредного воздействия на экосистемы и их компоненты. Критические уровни некоторых загрязнителей, влияющих на растительность наземных экосистем, приведены в табл. 2.
Таблица 2. – Критические уровни загрязнения воздуха для растительности наземных экосистем применительно к выделению зон экологического кризиса (ЭК) и бедствия (ЭБ)
Для оценки степени загрязнения воздушного бассейна используется суммарный санитарно-гигиенический критерий индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Он представляет собой относительный показатель, величина которого зависит от концентрации вещества в анализируемой точке, его ПДК и количества веществ, загрязняющих атмосферу. Индекс загрязнения определяется по формуле:
ИЗА=∑ K i
где Сi - концентрация i-того вещества; ПДКi- ПДК i-того вещества; Кi - коэффициент, учитывающий класс опасности i-го вещества.
Величины ИЗА, меньшие 2,5, соответствуют чистой атмосфере; 2,5-7,5 - слабо загрязненной атмосфере; 7,5-12,5 загрязнённой атмосфере; 12,5-22,5 - сильно загрязненной атмосфере; 22,5 - 52,5 - высоко загрязненной атмосфере; более 52,5 - экстремально загрязнённой атмосфере.
Информация, полученная в процессе наблюдений, по степени срочности подразделяется на экстренную, оперативную и режимную. Экстренная информация содержит сведения о резких изменениях уровня загрязнения воздуха. Она немедленно передается местным органам для принятия соответствующих решений. Оперативная информация содержит обобщенные результаты наблюдений за месяц, а режимная - за год. Оперативные и режимные данные используются для прогнозирования загрязнения воздуха и планирования мероприятий по охране окружающей природной среды.
При составлении прогнозов учитывается, что распространение загрязнений в воздухе связано в первую очередь с метеорологическими условиями переноса примесей от источников воздействия. Поэтому при наличии прогноза метеоусловий и выявлении зависимостей между ними и загрязнением можно рассчитать уровень последнего. В настоящее время задача прогноза реализуется либо в макро-, либо в мезомасштабе. Базовой информацией при этом служат общие прогнозы погоды, детализированные с учетом специфики, вносимой городской застройкой. Наиболее информативными параметрами для прогноза загрязнения являются: скорость и направление ветра, температурная стратификация, турбулентный обмен и осадки. На основе их комбинаций рассчитывается метеорологический потенциал загрязнения атмосферы, прогноз которого служит важнейшей предпосылкой для составления прогноза загрязнения воздуха.
Прогнозирование ПЗА и уровня загрязнения позволяет принять определенные меры по регулированию выбросов в атмосферу с целью предотвращения высоких концентраций. При неблагоприятных метеорологических условиях в периоды опасного для населения загрязнения предприятия должны снизить выбросы вплоть до частичной или полной остановки производства.
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:
У 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 (3В) - 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. В 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 3В или ФФ максимально специфично, т. е. избирательно по отношению к искомому 3В 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 3В 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.
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 SO 2), 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, SO 2 , CO, NO 2 (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 отсеке размещены датчики температуры и влажности,
определительный 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 SO 2 и H 2 S («Атмосфера-1») и С1 2 и О 3 («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, сo 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 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.
Проведение 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 иавтозаправочных 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 удаления 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 транспортных трассах - в течение суток. Подсчет количества сходящих транспортных единиц проводят в течение мин каждого часа, а в двух-, трехчасовые периоды наивысшей 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.
Проведение 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 0,1 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 капле-задерживающими 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.
Проведение 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 гг XX в. Всемирной метеорологической организацией МО 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 - 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 SO 2 , 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 загязняющих веществ в компонентах экосистем в 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;
Оксида и диоксида углерода;
Диоксида серы;
Сульфатов;
3,4-бенз- а -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 ветрa 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 влечения информацией народно-хозяйственных организаций управлений по гидрометеорологии, где они проводят контроль и сводятся в специальные таблицы наблюдений за загрязнением атмосферы (ТЗА), которые подразделяются на четыре вида - ТЗА-1, ТЗА-2, ТЗА-3 и А-4:
ТЗА-1 - результаты разовых наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха на сети постоянно действующиx стационарных и маршрутных постов в одном городе и промышленном центре, а также данные метеорологических наблюдений;
ТЗА-2 - результаты подфакельных измерений;
ТЗА-3 - данные среднесуточных наблюдений за выведением 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 наблюдений за концентрациями одной примеси по одному 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.
Мониторинг атмосферного воздуха - это система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, его загрязнением и за происходящими в нем природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха, его загрязнения.
Объектами наблюдения являются приземный слой атмосферы и атмосферные осадки (в том числе снежный покров). Мониторинг атмосферного воздуха способствует решению следующих задач :
Сбор, анализ и обобщение информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха отдельными химическими элементами и их соединениями;
Обеспечение федеральных и местных органов государственной и исполнительной власти информацией о состоянии воздушного бассейна;
Контроль за соблюдением государственных и международных стандартов качества атмосферного воздуха; - прогнозирование перспективных изменений состояния данного воздушного бассейна;
Информирование общественности о качестве атмосферного воздуха и развертывание систем предупреждения о резком повышении уровня загрязнения.
Система мониторинга атмосферного воздуха включает в себя в подсистемы: подсистему наблюдения за качеством воздуха, и подсистему контроля.
Подсистема наблюдения за качеством атмосферного воздуха наблюдает за состоянием воздуха на обширных территориях (крупный населенный пункт, административный район и пр.). Посты наблюдения, входящие в эту подсистему, собирают информацию об общем состоянии местного воздушного бассейна, поэтому они располагаются вне зоны влияния конкретных источников выбросов (на удалении от крупных заводов, ТЭЦ, котельных и пр.).
Подсистема контроля качества атмосферного воздуха -контролирует конкретные источники загрязнения воздуха и регулирует промышленные выбросы вредных веществ в атмосферу. Поэтому посты, входящие в подсистему контроля, располагаются вблизи конкретных заводов, фабрик, ТЭЦ и т. п. Посты наблюдения за состоянием атмосферного воздуха делятся на стационарные и передвижные.
Стационарный пост наблюдения представляет собой павильон размерами около 250 метров, в котором установлен комплект газоанализаторов (для определения концентрации загрязняющих веществ в воздухе), и управляющий контроллер для передачи данных в местный вычислительный центр. На крыше павильона устанавливается мачта с метеодатчиками (для наблюдения за погодой). Кроме того, павильон обязательно оборудуется системами жизнеобеспечения (свет, вентиляция, отопление, система пожаротушения). Наблюдения на стационарном посту ведутся круглосуточно, при этом могут использоваться 2 программы наблюдения: полная и неполная.
Полная программа включает в себя ежедневные замеры параметров воздуха в 1-00, 7-00, 13-00 и 19-00 ч по местному времени. Наблюдения ведутся ежедневно, кроме воскресений; субботы чередуются.
При использовании неполной программы наблюдения проводятся ежедневно в 7-00, 13-00 и 19-00 ч, ежедневно (суббота и воскресенье чередуются).
Измеряются температура воздуха, относительная влажность, скорость и направление ветра, концентрация диоксида серы, оксида углерода, диоксида азота и оксида азота, сумма оксидов азота, метан, сумма углеводородов без метана и общая сумма углеводородов.
Территория, на которой располагается стационарный пост, должна хорошо проветриваться, поэтому пост необходимо размещать вне аэродинамической тени зданий и вне зоны зеленых насаждений. Также не допускается размещение стационарных постов вблизи источников низких выбросов в атмосферу (небольших котельных, заводов с низкими трубами, АЗС и автостоянок и т.п.). Количество стационарных постов в населенном пункте зависит от числа жителей. Также при выборе количества и местоположения стационарных постов в конкретном населенном пункте необходимо принимать во внимание местный рельеф, особенности климата (роза ветров, количество штилевых дней в году и пр.), и особенности размещения жилой, промышленной и зеленой зон.
Передвижной пост наблюдения представляет собой микроавтобус, внутри которого установлены приборы для отбора проб, оборудование для анализа химического состава воздуха и компьютер для первичной обработки данных и передачи их в вычислительный центр. В зависимости от маршрута своего перемещения, передвижные посты подразделяются на маршрутные и подфакельные.
Маршрутный пост наблюдения предназначен для регулярного отбора проб воздуха в точках местности, лежащих на определенном маршруте. Например, маршрутные посты используются для контроля качества воздуха на крупных городских улицах.
Подфакельный пост наблюдения используется для отбора проб воздуха внутри дымового или газового фонаря конкретного промышленного предприятия. Пробы берутся на расстояниях в 200 м, 500 м, 1 км, 2 км, 6 км, 8 км, 10 км и 15 км от источника выбросов, при этом подфакельный пост постепенно удаляется от источника по направлению господствующего ветра.
Методы и технические средства, используемые для анализа проб загрязненного воздуха, весьма разнообразны:
1) Адсорбционный метод спектрального анализа газов основан на способности веществ избирательно поглощать часть проходящего сквозь них электромагнитного излучения. В процессе исследования получают спектрограмму для спектра поглощения; расположение пиков на ней показывает, какие именно загрязняющие вещества присутствуют в данной пробе воздуха, а высота пиков передает концентрацию соответствующих загрязнителей.
2) Пламенно-ионизационный метод основан на ионизации углеводородов в водородном пламени. В чистом водородном пламени содержание ионов незначительно, а при введении в пламя углеводородов количество ионов резко увеличивается, и под действием приложенного электрического поля возникает ионизационный ток. Его сила пропорциональна концентрации углеводородов. Прибор, используемый при этом методе анализа, называется пламенно-ионизационный газоанализатор , или анализатор углеводородов .
3) Хемилюминесцентный метод анализа основан на реакции оксида азота и озона, одновременно поступающих в реакционную камеру. В результате реакции наблюдается свечение с длиной волны от 600 до 2400 нм, с максимумом в районе 1200 нм. Интенсивность этого свечения пропорциональна концентрации оксида азота, и регистрируется фотоумножителем. В настоящее время этот метод является основным методом контроля концентрации оксидов азота в промышленных выбросах.
4) Флуоресцентный метод используется для выявления наличия в пробе воздуха сероводорода или диоксида серы. Пробу воздуха, предположительно содержащую диоксид серы, облучают ультрафиолетовым излучением с длиной волны 214 нм. Молекулы диоксида серы, возбуждаясь, начинают испускать ответное флуоресцентное излечение с длиной волны 350 нм. Интенсивность излучения пропорциональна концентрации диоксида серы и регистрируется фотоумножителем. Если проба воздуха исследуется на наличие в ней сероводорода, то предварительно сероводород окисляется до диоксида серы с помощью конвертора, входящего в состав оборудования.
5) Пламенно-фотометрический метод также используется для выявления наличия в пробе воздуха сероводорода и диоксида серы. В ходе исследования пробу воздуха помещают в пламя смеси водород+воздух, при этом молекулы диоксида серы или сероводорода восстанавливаются до молекул чистой серы, которые испускают излучение в ультрафиолетовой зоне спектра (длина волны от 360 до 440 нм).
6) Радиометрический метод - используется для анализа пробы воздуха на содержание пыли. Метод основан на ослаблении радиоактивного β-излучения частицами пыли. Используемый прибор - радиационный пылемер , состоящий из пробоотборного устройства, источника радиоактивного излучения и счетчика Гейгера.
7) Электрохимический метод основан на использовании химических сенсорных датчиков (ХСД). ХСД представляют собой пару чувствительных элементов с химическим покрытием, которое непосредственно контактирует с пробой воздуха, и на котором адсорбируется анализируемое загрязняющее вещество (оксид углерода, сероводород или диоксид серы). В зависимости от принципа функционирования, ХСД делятся на потенциометрические, кулонометрические, полярографические и т. д. Используемый прибор - электрохимический газоанализатор .
8) Метод газовой хроматографии - наиболее распространенный метод анализа проб воздуха на наличие и концентрацию загрязняющих веществ. Метод основан на разделении пробы воздуха на хроматографической колонке, заполненной сорбентом. Проходя через колонку, разные загрязняющие вещества оседают на разных участках сорбента. Используемый прибор - газовый хроматограф . Существует множество различных моделей хроматографов, как стационарных, предназначенных для использования в лабораториях и исследовательских центрах, так и переносных, входящих в комплектацию передвижных постов наблюдения за качеством воздуха.
Все восемь вышеизложенных методов анализа качества воздуха относятся к контактным методам мониторинга, то есть предполагают непосредственное лабораторное исследование пробы воздуха. Однако, наряду с ними, также широко используется и неконтактный метод мониторинга загрязнения воздуха, а именно - лидарное зондирование атмосферы . Этот метод позволяет выявить наличие в воздушной среде аэрозолей (взвешенных в воздухе частиц твердых или жидких веществ, диаметром 0,5 мкм и меньше). Суть метода состоит в том, что лазерное (лидарное) излучение по-разному рассеивается частицами разных загрязняющих веществ. Используемый прибор - лидар . Лидары могут быть как стационарные (кругового обзора), так и передвижные.
Стационарный лидар устанавливается в промышленной зоне и предназначен для непрерывного круглосуточного контроля аэрозольных выбросов в радиусе от 7 до 15 км. Также он позволяет измерять азимут и расстояние до источника выбросов. При обнаружении высокой концентрации аэрозоля в воздухе, оператор стационарного лидара подает команду на выезд передвижной лидарной установки для уточнения ситуации. Масса стационарного лидара около 3 000 кг, дальность действия - около 5 км днем, и около 7 км ночью.
Передвижной лидар устанавливается на автомобиле, и предназначен для анализа состава выбросов из конкретных дымовых труб и вентиляционных шахт, а также - для определения границ загрязненной зоны при промышленной аварии. Его вес - около 1 000 кг, дальность действия - от 500 м до 1 км.
Мониторинг качества атмосферного воздуха - это систематические наблюдения за состоянием атмосферы, содержанием в ней вредных веществ. Эта работа очень важна в связи с ростом загрязненности. Для обеспечения мониторинга атмосферного воздуха города используется современная организационная и технологическая база. Наблюдение может осуществляться на стационарных постах или в передвижных лабораториях.
Основные загрязнители
Человеческая деятельность способствует увеличению концентрации в атмосферном воздухе пыли, сажи, жидких аэрозолей и молекул химических веществ.
- Пылевое загрязнение связано как с естественными причинами, так и с сельскохозяйственными работами, строительством, промышленностью, движением машин и т. д. Любая пыль (а не только промышленная) вредна для органов дыхания человека. Самой вредной считается асбестовая пыль. Некоторые виды пыли могут содержать радиоактивные вещества и другие вредные компоненты. Пылевое загрязнение влияет на радиационный баланс и характер выпадения атмосферных осадков. Оно слегка тормозит вызванное человеком глобальное потепление. Для борьбы с атмосферной пылью создаются защитные лесополосы, посадки деревьев, фильтры. Иногда применяют обводнение территории, насыпку грунта, на который затем сажаются растения. Тем, кто вынужден постоянно или часто вдыхать пыль, рекомендуются индивидуальные средства защиты.
- Выбросы сажи связаны с работой автотранспорта, ТЭЦ, промышленных предприятий, мусорных свалок. Она выделяется при сжигании пластмассы, угля, нефти и нефтепродуктов, биомассы, а иногда и природного газа. Сажа может абсорбировать вредные вещества и в этом случае она вредна для здоровья человека. Сама по себе сажа - это продукт сжигания органики, который не является токсичным. Она уменьшает поток солнечного излучения, а при попадании на снег или лед ускоряет его таяние, способствуя глобальному потеплению.
- Химические аэрозоли образуются при реакции соединений серы или азота с водяным паром с образованием капелек кислот. Выпадая на поверхность, они могут вызвать кислотные дожди. Также аэрозоли являются причиной увеличения облачности и повышения отражательной способности Земли. Аэрозоли заметно тормозят глобальное потепление. Соединения серы и азота выделяются при работе автотранспорта, ТЭЦ, промышленных предприятий. А так же при вулканических извержениях.
- Газовые (молекулярные) вещества очень разнообразны и выделяются при различных естественных и антропогенных процессах. Наибольшее значение имеют выбросы вредных для здоровья веществ и парниковых газов. Парниковые и озоноразрушающие газы нередко остаются в атмосфере на столетия и оказывают повсеместное воздействие на радиационные потоки. Выше всего в атмосферу проникает метан, который имеет самую легкую молекулу, что делает его универсальным парниковым газом.
Зачем проводится экологический мониторинг
Концентрация загрязнителей в атмосферном воздухе непостоянна и зависит от многих причин. Поэтому требуются систематические наблюдения за его составом. Они позволяют вычислить средний уровень загрязненности, зависимость уровня загрязнения от направления ветра, определить динамику загрязнения и его состав. Наиболее важен мониторинг вблизи автотрасс, промышленных предприятий, в центральных частях города, а также в местах, удаленных от человеческой деятельности.
Результаты экологического мониторинга атмосферного воздуха важны для принятия решений, как на местном, так и на государственном уровне. Высокое транспортное загрязнение говорит о необходимости разгрузки автотрасс, строительстве объездных путей вокруг города. Если сильное загрязнение обнаруживается вблизи промышленных объектов, то это значит, что необходимы меры по улучшению работы очистных сооружений или требуется расширить санитарно-защитную зону. Рост содержания загрязняющих веществ на удаленных станциях свидетельствует о неблагоприятных региональных или глобальных тенденциях, когда решение проблемы возможно только на государственном или международном уровне.
Методы мониторинга
Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха может проводиться по-разному. Обычно используют 3 варианта:
- Стационарный, когда все наблюдения производят из одной наблюдательной станции.
- Маршрутный, когда для наблюдения используют несколько точек для отбора проб.
- Передвижной, когда замеры производят из разных точек, в зависимости от направления ветров.
Стационарный мониторинг
Стационарный мониторинг используется для длительного и качественного наблюдения, сходного с наблюдением на метеостанции. Такие лаборатории размещают в наиболее удобных местах. Полученные данные позволяют оценить динамику уровня загрязнения в течение длительного времени. Причем как в целом, так и по отдельным компонентам. Отбор проб производится регулярно.
Маршрутный вид мониторинга
Маршрутные наблюдения позволяют охватить сразу несколько точек, когда установка постов в каждой из них является нецелесообразной. При этом получается довольно детальное исследование состава воздуха на определенной территории. Для осуществления таких наблюдений используется автотранспорт. Отбор проб производится в одних и тех же точках местности. Лаборатория на колесах может осилить до 10 наблюдательных точек в день, однако в среднем для наблюдений используют от 3 до 5 точек. Замеры проводятся в одно и тоже время, а порядок посещения мест не меняется.
Передвижной мониторинг
Передвижные посты наблюдения, которые часто называют подфакельными, используются для взятия проб непосредственно возле предприятия. Для таких наблюдений также используют автотранспорт. При этом соблюдается некоторое расстояние от дымовых труб до мест замеров. Количество точек замеров велико, их местоположение и время замера определяется по ситуации или спонтанно. Взятие проб происходит в течение короткого промежутка времени.
Общими правилами для любых точек замеров является открытая местность и наличие под ногами плотного грунта или покрытия.
Особенности стационарных наблюдений
Перед установкой стационарных павильонов производятся следующие мероприятия:
- Определяются предварительные концентрации загрязняющих веществ, для чего используют расчеты и данные других постов наблюдений.
- Изучаются особенности рельефа и характер застройки.
- Изучаются планы по будущей застройке данной территории, особенно в отношении промышленных предприятий.
- Осуществляются комплексные исследования метеорологической обстановки в данной местности.
- Определяется предполагаемая роль транспорта и энергетики.
Число стационарных постов в населенном пункте определяется его размерами, числом жителей, экологической обстановкой, количеством зелени. Если экологическая обстановка не является благоприятной, то посты могут размещаться из расчета: 1 пост на 5-10 км. Располагаются наблюдательные посты в разных экологических условиях: возле трасс, в зеленых насаждениях, в жилых и промышленных зонах.
В нашей стране для стандартизации наблюдений используют однотипные павильоны типа «ПОСТ», которые имеют одинаковое оборудование. Такая стандартизация позволяет минимизировать разброс возможных ошибок, которые могли бы возникнуть из-за различий в технических особенностях аппаратов. Все стационарные наблюдения проводят каждый день, независимо от времен года и погодных условий.
Особенности передвижных лабораторий
В качестве передвижной лаборатории в нашей стране используется стандартная модель «Атмосфера-П». Помимо оборудования для измерения качества воздуха, она оснащена приспособлениями для метеорологических измерений. Ее используют для маршрутных и передвижных наблюдений. Имеются некоторые ограничения в условиях эксплуатации:
- Температура внутри салона автомобиля не должна быть выше 35 °С.
- Допустимые величины атмосферного давления должны находиться в пределах 680-790 мм рт. ст.
- Верхний предел допустимой влажности составляет 80 процентов.
- Даже на твердом искусственном покрытии скорость движения не должна превышать 50 км/ч.
Для определения направления и скорости ветра используют датчик, который находится на крыше автомобиля.
Что дает мониторинг качества воздуха
Системы мониторинга атмосферного воздуха важны в связи с влиянием вредных веществ на здоровье человека и состояние окружающей среды. В некоторых странах, например, в Индии, загрязнение воздуха является одной из главных причин болезней и преждевременной смертности. Измерения состава атмосферного воздуха позволяет оценить концентрацию загрязняющих веществ и выявить случаи превышения их уровня над ПДК. При наличии такового может иметь смысл разработка комплекса мер по снижению уровня до безопасного. Основные цели мониторинга загрязнения атмосферного воздуха:
- Сбор информации по количеству и динамике загрязняющих веществ в зоне наблюдений.
- Разработка адекватных мер по снижению загрязненности.
- Снижение вреда от работы промышленных предприятий для проживающих в зоне наблюдений людей.
- Оценка уровня транспортного загрязнения на улицах городов.
- Оценка целесообразности размещения на исследуемой территории новых промышленных предприятий или транспортных развязок.
- Создание базы данных по экологической ситуации на исследуемой территории.
Государственный мониторинг атмосферного воздуха
Вся информация, полученная при наблюдении за качеством атмосферного воздуха, затем анализируется экологами. С течением времени методики измерений становятся более простыми и доступными. В России государственный мониторинг загрязнения атмосферного воздуха ведется повсеместно. Он является одним из компонентов государственного мониторинга окружающей среды. Осуществляется федеральными и другими органами исполнительной власти в соответствии с порядком, принятом Правительством РФ. Список объектов, где мониторинг атмосферного воздуха является обязательным, устанавливается территориальными органами власти.
Заключение
Таким образом, мониторинг состояния атмосферного воздуха - это очень важная в современном мире работа. От ее качества зависит здоровье и благополучие многих людей. Методы мониторинга атмосферного воздуха различны и зависят от поставленных задач и условий местности. Естественно, что одного лишь слежения недостаточно для решения экологических проблем. Оно лишь предоставляет властным структурам и общественности необходимую информацию. На ее основе необходимо принимать адекватные меры по снижению уровня загрязненности атмосферы.