Экологический мониторинг окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Станции комплексного фонового мониторинга

2. Техногенные загрязняющие вещества в атмосфере (взвешенные вещества)

3. Методы отбора полной пробы воздуха

3.1 Криогенные методы

3.2 Методы абсорбции

3.3 Методы адсорбции

4. Бактериологические показатели качества питьевой воды

5. Наблюдения за качеством природных вод с помощью комплексных лабораторий

Список литературы

1. Станции комплексного фонового мониторинга

Фоновый мониторинг является частью глобального и регионального мониторинга. Его целью является проведение долговременных систематических наблюдении за уровнем содержания загрязняющих веществ во всех объектах окружающей среды в районах, которые находятся на значительном расстоянии от источников вредных выбросов. Таким образом, в результате проведения фонового мониторинга должны быть выявлены глобальные тенденции в изменениях, происходящих в биосфере на фоновом уровне загрязнений при антропогенном воздействии.

Для осуществления фоновых наблюдений создана сеть станций, которые подразделяются на базовые и региональные.

Базовые станции обеспечивают получение информации об исходном состоянии биосферы и располагаются в районах, где отсутствует непосредственное антропогенное воздействие, в большинстве случаев в биосферных заповедниках.

На региональных станциях получается информация о состоянии биосферы в зонах, подверженных антропогенному влиянию. Они могут располагаться вблизи урбанизированных районов.

Считается, что для всего Земного шара достаточно 30--40 базовых станций на суше и до 10 на акватории Мирового океана. Число региональных станций и их расположение должны обеспечивать достаточно быстрое выявление всех негативных тенденций в данном регионе.

При размещении станций фонового мониторинга следует учитывать климатические, топографические, почвенные, ботанические, геологические и другие характеристики местности, расположение и удаленность крупных источников загрязнения, наличие электроэнергии и возможность создания надлежащих бытовых условий персоналу. Каждая станция должна иметь стационарный наблюдательный полигон и химическую лабораторию. Наблюдательный полигон обычно состоит из площадки (50х50 м), где проводятся гидрометеорологические наблюдения и отбор проб, огороженной забором и пересеченной рядом асфальтированных дорожек, и служебного здания в 15-20 м от площадки (одноэтажного площадью 20-25 м²), обеспеченного теплом и электроснабжением. Химическая лаборатория (площадью 80-100 м²) должна находиться в 500 м от наблюдательного полигона, оборудована вентиляцией, водопроводом и канализацией. В ней осуществляется хранение, обработка и анализ отобранных проб, анализ и хранение полученных материалов. Лаборатория должна быть обеспечена необходимыми приборами, оборудованием, лабораторной посудой и химическими реактивами, иметь складское помещение. Если ведутся наблюдения за водным объектом, станция фонового мониторинга должна иметь соответствующие объекту плавсредства.

Отбор проб атмосферного воздуха, атмосферных осадков, почвы и растений проводится на наблюдательном полигоне. Для отбора проб почв и биологических объектов могут быть также определены площадки за пределами станции. Пробы подземных вод отбираются обычно из существующих вблизи от станции скважин. Места отбора воды, донных отложений на водных объектах выбираются с учетом их характеристик (наличие плотин, оросительных систем, водозаборов, сбросов сточных вод, притоков). Выбору мест отбора проб может предшествовать комплексное обследование водного объекта.

На станциях фонового мониторинга ведутся постоянные гидрометеонаблюдения и определения загрязняющих веществ в природных средах.

Состав показателей гидрометеорологических наблюдений: температура и влажность воздуха, скорость и направление ветра, атмосферное давление, облачность, солнечное сияние, атмосферные явления (туман, метель, гроза и т.п.), количество и интенсивность осадков, снежный покров, температура почвы (на глубине до 20 см), состояние поверхности почвы, температура, влажность, скорость ветра, тепловой баланс.

На водных объектах: уровень, расход, температура воды, волнение, течения, ледовый покров, распространение водной растительности, уровень грунтовых вод.

Периодичность наблюдений - стандартная, принятая в гидрометеослужбе.

Программа наблюдений за загрязнениями на сухопутных фоновых станциях:

1. В атмосферном воздухе (2 м от подстилающей поверхности) определяют взвешенные вещества, аэрозольную мутность, озон, оксиды углерода, серы и азота, сульфаты, нефтяные углеводороды, 3,4-БП, ДДТ и другие ХОП, свинец, кадмий, ртуть, мышьяк. Определения проводятся ежедневно.

2. В атмосферных выпадениях и снеге определяют свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, 3,4-БП, ДДТ и другие ХОП, рН, главные катионы и анионы. Частота наблюдений: влажные осадки - интегральные пробы за 10 дней и 1 месяц; сухие выпадения - интегральная проба за 1 месяц; снег-интегральная проба на всю глубину перед сходом снежного покрова.

3. В поверхностных и подземных водах, взвесях, донных отложениях и почвеопределяют то же, что и по п. 2, кроме главных катионов и анионов, а также биогенные элементы. Частота наблюдений: вода и взвеси - в характерные гидрологические периоды (половодье, летняя и зимняя межень, дождевые паводки); донные отложения и почва - 1 раз в год.

4. б биологических объектах определяют свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, 3,4-БП, ДДТ и другие ХОП. Частота наблюдений зависит от природы объекта.

На морских фоновых станциях программа наблюдений включает:

- определение загрязняющих веществ (нефтяные углеводороды, пестициды, тяжелые металлы, фенолы, СПАВ, специфические для данного района вещества);

- показателей среды (растворенный кислород, сероводород, рН, БПК₅, нитратный, нитритный и аммонийный азот, пятивалентный и общий фосфор, кремний);

- показателей гидрометеорологического режима (соленость, температура воды и воздуха, скорость и направление ветра и течений, прозрачность, цветность).

Частота наблюдений - 1 раз в сезон.

На региональных станциях фонового мониторинга возможно уточнение программы наблюдений в соответствии со спецификой данного региона.

Одним из частных случаев фонового мониторинга является фоновый мониторинг районов предполагаемого строительства промышленных и энергетических предприятий, геологической разведки и последующей добычи полезных ископаемых. Цель такого фонового мониторинга - определить степень влияния нового антропогенного источника загрязнителей на данный регион. Поэтому он должен быть организован и начат как можно раньше, желательно на стадии начала разработки технического проекта данного объекта, и продолжаться в период строительства. Если период наблюдений до пуска объекта будет достаточно продолжителен, надежность прогноза фонового состояния региона и оценки влияния нового источника загрязнения возрастает. Программа наблюдений в этом случае должна учитывать загрязнители, которые будут выбрасываться новым объектом, а частота наблюдений по возможности увеличена. Учитывая временные колебания фоновых уровней загрязнения, для надежного прогнозирования их изменений, по-видимому, нужен ряд наблюдений длительностью хотя бы три года.

2. Техногенные загрязняющие вещества в атмосфере (взвешенные вещества)

Термин "взвешенные частицы" относится к ряду тонкодисперсных твердых веществ или жидкостей, диспергированных в воздухе в результате процессов горения (отопление и производство энергии), производственной деятельности и естественных источников. Размеры частиц варьируют от 0,1 до примерно 25 мкм в диаметре. Составляющие эти частицы вещества различны, но для урбанизированных территорий типичны углерод или высшие углеводороды, образующиеся при неполном сгорании топлива.

В основном процессы, приводящие к образованию взвешенных частиц, -- это процессы горения, осуществляемые на ТЭЦ, мусоросжигательных заводах, в бытовых печах, двигатели внутреннего сгорания, печи обжига цемента, лесные пожары, вулканическая деятельность. Частицы, образующиеся в результате сгорания, обычно имеют размер менее 1 мкм, так что они могут легко приникать в легочные альвеолы. Они также могут содержать опасные вещества, такие как асбест, тяжелые металлы, мышьяк.

Оксиды металлов являются основным классом неорганических частиц в атмосфере. Они образуются в любых процессах, связанных со сжиганием топлива, содержащего металлы (главным образом уголь и нефть). До 20 % общего количества взвешенных частиц может состоять из серной кислоты и сульфатов (частицы до 1 мкм в диаметре состоят из них на 80 %). Аэрозоли состоят главным образом из углеродсодержащих частиц, оксидов металлов и силикатов, растворенных электролитов и твердых солей. Преобладающими компонентами являются углеродные частицы, вода, сульфаты, нитраты, соли аммония и соединения кремния. Состав аэрозольных частиц значительно изменяется в зависимости от размера. Очень мелкие частицы обычно являются результатом конденсации веществ из газовой фазы и имеют кислую реакцию (например, аэрозоль серной кислоты). Частицы большего размера обычно являются результатом механического измельчения материалов и часто имеют щелочную реакцию.

Дисперсионные аэрозоли, такие как пыль, образуются при измельчении частиц большего размера и обычно имеют диаметр более 1 мкм.

Для отдельных видов частиц в зависимости от размеров, формы и характерных особенностей поведения условно используют различные термины -- пыль, сажа, дым, туман, дымка и пр.

Пыль -- общий термин, применяемый лишь к твердым частицам. Различают оседающую пыль, т.е. частицы с размером более 10 мкм и механически устойчивые аэросуспензии с размером частиц 5-0,1 мкм.

Дымы содержат как твердые, так и жидкие частицы размером от 0,01 до 1 мкм в диаметре. Они образуются либо из веществ, улетучивающихся при высокой температуре, либо в результате химических реакций (окисления).

Туман состоит из жидких частиц диаметром 0,01-3 мкм.

В общем же химический состав взвешенных частиц в атмосфере достаточно разнообразен. Среди компонентов неорганических частиц, обнаруженных в загрязненной атмосфере, присутствуют соли, оксиды, соединения азота, серы, различные металлы и радионуклиды. Следовыми компонентами, встречающимися в количествах менее 1 мкг/м³, являются алюминий, кальций, углерод, железо, калий, натрий, кремний. Часто присутствуют также небольшие количества меди, свинца, титана и цинка, и еще более низкие содержания сурьмы, бериллия, висмута, хрома, кобальта, цезия, лития, магния, никеля, рубидия, селена, стронция и ванадия. Возможные источники этих элементов:

- Al, Fe, Ca, Si - эрозия почвы, сжигание угля

- C - неполное сгорание топлива

- Sb, Se - сжигание угля, нефти или отходов

- V - сжигание нефтяного кубового остатка

- Zn - сжигание угля

- Pb - сжигание этилированного бензинаи свинецсодержащих отходов.

Примерами процессов диспергирования могут быть выброс в воздух твердых побочных продуктов литейного производства, пыль, образующаяся на улицах города в результате движения транспорта, и т.д. Кроме того, аэрозоли могут образовываться в воздухе в результате фотохимических превращений атмосферных загрязнений (образование аэрозолей серной кислоты, сульфатов, нитратов).

Значительная часть органических веществ во взвешенных частицах происходит из выбросов двигателей внутреннего сгорания. Основное внимание привлекают полиядерные ароматические углеводороды.

мониторинг экологический загрязняющий атмосфера

3. Методы отбора полной пробы воздуха

Пробы воздуха можно отбирать в пластиковые мешки или в жесткие контейнеры. В качестве материала для таких мешков обычно используют фторопласт, лавсан и др. полимеры. Мешки непригодны для сбора и хранения реакционноспособных газов (окислители, соединения серы или оксида азота). Находят широкое применение для отбора паров органических соединений.

Преимущества использования мешков - малая масса и легко транспортируются.

Жесткие контейнеры, их как правило, изготавливают из стекла, коррозионностойкой стали или алюминия. Для отбора пробы воздух заканчивают в вакуумированный контейнер или прокачивают, вытесняя воздух, находящийся внутри сосуда. Воздух, содержащийся в контейнере, должен быть вытеснен анализируемым воздухом, для этого через контейнер продувают окружающий воздух в количестве в 10-20 превышающем его объем, затем герметизируют.

3.1 Криогенные методы

Этот метод обычно применяют в тех случаях, когда необходимо отобрать для анализа значительные количества углеродсодержащих материалов. Обычно поток воздуха при пониженной температуре пропускают через ловушки. Известно большое количество охлаждающих растворов, позволяющих получить температуру в ловушке до -196⁰С (жидкий азот). Часто используют жидкий кислород и жидкий аргон. Органические соединения, сконцентрированные направляют для качественного и количественного анализа методом газовой хроматографии.

3.2 Методы абсорбции

Метод отбора проб основанный на растворении газообразных веществ в жидкой среде. Поток воздуха диспергирует в поглощающей среде через стеклянную трубку с пористой насадкой, которая введена в жидкую фазу на определенную глубину. Используется для отбора проб диоксидов серы, азота, альдегидов, СО. При использовании этого метода необходимо контролировать эффективность улавливания, потери абсорбирующего раствора в результате испарения, разложение веществ - загрязнений, содержащихся в отобранной пробе.

3.3 Методы адсорбции

Данные методы отбора проб предусматривают пропускание потока воздуха через слой древесного угля, молекулярные сита или другие адсорбенты, которые способны задерживать газообразные загрязнения, последние удаляют из сорбента при нагревании или экстракцией растворителем. Нашел применение для отбора проб органических соединений, присутствующих в атмосфере в ультра следовых количествах является очень эффективным при проведении качественных определений, поскольку дает возможность отделять следовые количества газов от больших объемов воздуха.

Трудности:

1. возникает как на стадии адсорбции, так и при десорбции. Водяной пар, содержащийся в атмосфере, приводит к дезактивации многих адсорбентов, изменение эффективности улавливания.

2. проблемы, связанные с выделением загрязняющих веществ из самого твердого адсорбента.

4. Бактериологические показатели качества питьевой воды

С эпидемиологической точки зрения при гигиенической оценке воды имеет значение наличие в ней патогенных микроорганизмов. Однако исследование воды с целью их выявления -- сложный и длительный процесс. В связи с этим используют косвенные бактериологические показатели.

В основе применения этих показателей лежит наблюдение, свидетельствующее о том, что чем меньше загрязнена вода кишечной палочкой, тем меньше она опасна в эпидемиологическом отношении.

Поскольку кишечная палочка поступает в воду с испражнениями человека и животных, ее повышенное содержание сигнализирует о фекальном загрязнении воды и, следовательно, о возможном наличии в ней патогенных микроорганизмов. При исследовании воды на наличие бактерий группы кишечных палочек результаты анализа выражают величинами колититра и колииндекса. Колититр -- это наименьшее количество воды, в котором обнаруживается одна кишечная палочка. Чем ниже колититр, тем сильнее фекальное загрязнение воды. Колииндекс -- число кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды. Экспериментальные исследования показали, что если после обеззараживания воды колииндекс снизился до 3 (а колититр превысил 300 мл), то существует гарантия, что патогенные микроорганизмы тифо-паратифозной группы, лептоспиры и возбудители туляремии погибли.

Исходя из требований стандарта к качеству водопроводной воды в отношении ее бактериального состава число сапрофитных бактерий в 1 мл водопроводной воды (микробное число) не должно превышать 100, колииндекс -- 3, а колититр должен быть не меньше 300 мл.

При оценке качества воды в шахтных колодцах, ис­пользуемых в местном водоснабжении, руководствуются следующими требованиями: прозрачность должна быть не меньше 30 см, цветность -- не больше 40°, вкус и запах -- не выше 2--3 баллов, жесткость -- не больше 7 ммоль/л, колииндекс -- не больше 10.

Наряду с этим по оценке качества воды в колодцах, обычно употребляемой для питья без всякой обработки, могут быть использованы и так называемые химические показатели (индикаторы) загрязнения водоисточника органическими веществами и продуктами их распада (аммонийные соли, нитриты, нитраты). Наличие этих соединений может свидетельствовать о загрязнении водоносного горизонта почвы и о возможном попадании в воду патогенных микроорганизмов.

В отдельных случаях каждый из показателей может иметь и другую природу. Например, органические вещества могут быть растительного происхождения. Вследствие этого водоисточник можно признать за­грязненным в том случае, если в воде присутствует не один, а несколько химических показателей загрязнения, если в воде одновременно обнаружены бактериальные показатели загрязнения, например кишечная палочка, и если возможность загрязнения подтверждается санитарным обследованием водоисточника.

О содержании органических веществ в воде судят по перманганатной окисляемости, выраженной в милли­граммах кислорода, который расходуется на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Наименьшую окисляемость имеют артезианские воды -- обычно до 2 мг кислорода на 1 л. В воде шахтных колодцев окисляемость может достигать 3--4 мг кислорода на 1 л. Повышение окисляемости воды сверх этих количеств часто указывает на загрязнение водоисточника.

Основной источник появления в воде аммонийного азота и нитритов -- это разложение белковых остатков, трупов животных, мочи и фекалий. При свежем загрязнении отбросами воды, не содержавшей до этого аммонийных солей, количество их превышает 0,1--0,2 мг/л. Будучи продуктом биохимического окисления аммонийных солей, нитриты в количестве, превышающем 0,002--0,005 мг/л, также являются важным показателем загрязнения водоисточника. Нитраты представляют собой конечный продукт окисления аммонийных солей. Наличие нитратов в воде при отсутствии аммонийных солей и нитритов указывает на сравнительно давнее попадание в воду азот­содержащих веществ. В последние годы в связи с обильным применением азотсодержащих минеральных удобрений часто наблюдаются в воде, особенно колодезной, высокие концентрации нитратов.

5. Наблюдения за качеством природных вод с помощью комплексных лабораторий

Комплексная лаборатория анализа воды КЛВ-1 представляет собой конструкцию, состоящую из транспортной стойки, на которой устанавливается весь набор технических средств, уложенных в быстро снимаемые и легко переносимые чемоданы; контейнеров для хранения проб; установки для экстрагирования. КЛВ-1 можно непосредственно развернуть у исследуемого водоема и полностью провести цикл гидрохимических анализов «первого дня». Некоторые технические данные КЛВ-1: количество одновременно экстрагируемых проб объемом 0,5 л -- 6; количество одновременно фильтруемых проб через бумажные фильтры -- 12, через мембранные -- 2; контейнер для хранения проб обеспечивает поддержание температуры воды не выше 10°С при транспортировке в течение 3...4 ч при температуре окружающего воздуха до 35°С. Судовая комплексная лаборатория анализа воды СКЛАВ-1 предназначена для анализа воды на плавсредствах. Лаборатория представляет собой деревянный футляр, в котором расположено необходимое для работы оборудование. Пределы измерения определяемых показателей и концентраций химических соединений приведены в табл.

В настоящее время выпускается передвижная гидрохимическая лаборатория ПГХЛ-1 на базе автобуса ПАЗ-3201. В комплект ПГХЛ-1 входят переносные и полевые аналитические приборы, позволяющие проводить анализ воды непосредственно на месте по 30 показателям, что приближает ПГХЛ-1 к зарубежным аналогам.

Таблица 1 - Определяемые показатели воды и концентрации, загрязняющих воду веществ

Измерения проводятся тремя специалистами в течение 2 ч по всем 30 показателям с помощью фотоколориметра КФК-2, иономера И-120М, комбинированного анализатора вод АКВ-106, микроскопа «Биолат-Д12». Проблема отбора проб весьма сложна и многообразна. Проба должна характеризовать состояние воды в конкретном водоеме или его части за определенный промежуток времени. В какой степени единичная малая проба может считаться характерной для большой массы воды зависит от ряда факторов, среди которых однородность отбираемой водной массы, число точек пробоотбора, размеры отдельных проб и способ их отбора.

Отбор представительных проб должен учитывать особенности водоема (морфологию, гидрологию, характер водосбора и т.д.), а также специфику определяемых веществ (растворенное, взвешенное, коллоидное, пленочное). Не следует брать пробы воды на химический анализ в пунктах, подверженных непосредственному влиянию вод притоков, вблизи населенных пунктов, около приятии и в участках слабого водообмена (в затонах, на мелководье и в рукавах у самого берега). Обычно проводится два вида отбора проб: разовый (нерегулярный) и регулярный, или серийный. Разовый отбор применяется для периодического определения изменений состава воды на ранее исследованных объектах или в случае, когда необходимо получить общие представления о качестве воды. При серийном отборе каждая проба отбирается в определенной (временной или пространственной) последовательности, что обеспечивает наиболее надежную информацию о состоянии водоема. Способ взятия проб воды из водоема зависит от глубины, с которой надо брать пробу. При взятии пробы вода с поверхности вода осторожно зачерпывается каким-либо большим сосудом ( тазом, ведром), при этом глубина погружения не должна превышать 0,2...0,5 м. При взятия глубинных проб используются специальные приборы -- батометры различных систем.

Для сохранения компонентов, определяемых в воде, и ее свойств в том состоянии, в котором они находились в момент взятия пробы, применяется консервация воды. Особенно необходима она в тех случаях, когда определяемый компонент подвергается изменениям и когда определение нельзя провести сразу же на месте отбора пробы или в тот же день в лаборатории. Универсального способа консервации воды, одинаково пригодного по отношению ко всем ингредиентам химического состава воды, не существует, поэтому отдельные пробы воды приходится консервировать разными способами. Например, для определения ионов аммония, нитритов, нитратов, органически связанного азота, ортофосфатов и общего фосфора применяется способ замораживания пробы при температуре -- 20 °С для консервации на срок не менее 3…4 недель.

Список литературы

1. http://ecodelo.org/

2. http://any-book.org/

3. http://ecology-education.ru/

4. http://www.medicinformer.ru/

5. Найденко В.В., Губанов Л.Н., Косариков А.Н., Афанасьева И.М., Иванов А.В. «Эколого-экономический мониторинг окружающей среды» Учебное пособие. Нижний Новгород, 2003. -186 с.

Размещено на Allbest.ru