Мониторинг источников воздействия. Классификация источников воздействия
Экологический мониторинг необходим для принятия как оперативных и чрезвычайных, так и профилактических мер для защиты окружающей среды.
Комплексный экологический мониторинг – это сложная система, предусматривающая:
• выделение объекта наблюдения, иррациональное размещение пунктов наблюдения на контролируемой территории;
• обеспечение наблюдений техническими средствами измерений, транспортом, связью для проведения обследования;
• оценку состояния объекта, прогнозирование его изменений;
• обеспечение периодического сбора, обработки, хранения и выдачи потребителям необходимой информации.
Классы загрязняющих веществ разделены по принципу приоритетности, и для них определены соответствующие уровни мониторинга (табл. 2.2).
Система мониторинга преследует различные цели:
• определение уровней загрязнителей в различных средах, их распределение в пространстве и во времени;
• определение величин и скоростей распространения потоков загрязняющих веществ, возможных путей их трансформации;
• решение проблемы сопоставимости результатов анализов, проводимых разными лабораториями;
• обеспечение заинтересованных пользователей информацией, необходимой для принятия решений по устранению загрязнений на различных административных уровнях.
Таблица 2.2
Классификация приоритетных загрязняющих веществ и контроль за их ОГЛАВЛЕНИЕм в различных средах
|
Класс приоритетности |
Загрязняющее вещество |
Среда |
Тип программы (уровень мониторинга) |
|
1 |
Диоксид серы, взвешенные частицы |
Воздух |
Локальный |
|
Региональный |
|||
|
Фоновый |
|||
|
Радионуклиды (Sr-90.Cs-197) |
Пища |
Локальный |
|
|
Региональный |
|||
|
2 |
Тропосферный озон |
Воздух |
Локальный |
|
Фоновый |
|||
|
ДДТ (инсектицид наружного действия) и другие хлорорганические соединения и диоксины |
Биота, человек |
Локальный |
|
|
Региональный |
|||
|
Кадмий и его соединения |
Пища, вода, человек |
Локальный |
|
|
3 |
Нитраты и нитриты |
Пища, вода, воздух |
Локальный |
|
Оксиды азота |
|||
|
4 |
Ртуть и ее соединения |
Пища, вода |
Локальный |
|
Региональный |
|||
|
Свинец |
Воздух, пища |
Локальный |
|
|
Диоксид углерода |
Воздух |
Фоновый |
|
|
5 |
Оксид углерода |
Воздух |
Локальный |
|
Углеводороды нефти |
Морская вода |
Региональный |
|
|
Фоновый |
|||
|
6 |
Фториды |
Пресная вода |
Локальный |
|
7 |
Асбест |
Воздух |
Локальный |
|
Мышьяк |
Питьевая вода |
||
|
8 |
Микробиологическое загрязнение |
Пиша |
Локальный |
|
Реакционноспособные углеводороды |
Воздух |
Локальный |
|
|
Региональный |
В соответствии с приведенными определениями и возложенными на систему функциями мониторинг включает три основных направления деятельности:
• наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;
• оценка фактического состояния среды;
• прогноз состояния окружающей природной среды и оценка прогнозируемого состояния.
Следует принять во внимание, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации.
Экологические мониторинги окружающей среды могут разрабатываться на уровне промышленного объекта, города, области, края, республики в составе федерации. Основой мониторинга в отдельных странах являются системы национального мониторинга, включающие обязательное наблюдение и передачу информации в центр по объектам, имеющим глобальную значимость. Предпочтение в системах государственного мониторинга отдается городам, источникам питьевой воды и местам нерестилищ рыб. В отношении сред наблюдений важное внимание уделяется атмосферному воздуху и состоянию пресноводных водоемов. Приоритетность ингредиентов определяется с учетом специфики загрязнения сред в конкретных условиях.
Сброс загрязняющих веществ может осуществляться в различные среды: атмосферу, воду, почву. Выбросы в атмосферу являются основными источниками последующего загрязнения вод и почв в региональном масштабе, а в ряде случаев и в глобальном.
Промышленные источники загрязнения атмосферного воздуха подразделяются на источники выделения и источники выбросов. К первым относятся технологические устройства (аппараты установки и т.п.), в процессе эксплуатации которых выделяются примеси. Ко вторым – трубы, вентиляционные шахты, аэрационные фонари и другие устройства, с помощью которых примесь поступает в атмосферу.
Промышленные выбросы подразделяются на организованные и неорганизованные. Организованный промышленный выброс поступает в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы, что позволяет применять для очистки от загрязняющих веществ соответствующие установки. Неорганизованный промышленный выброс поступает в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушений герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки или храпения продукта. Неорганизованные выбросы характерны для очистных сооружений, хвостохранилищ, золоотвалов, участков погрузочно-разгрузочных работ, сливно-наливных эстакад, резервуаров и других объектов.
К основным источникам промышленного загрязнения атмосферного воздуха относятся предприятия энергетики, металлургии, стройматериалов, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, производства удобрений.
Вещества, находящиеся в атмосферном воздухе, попадают в организм человека главным образом через органы дыхания. Вдыхаемый загрязненный воздух через трахею и бронхи попадает в альвеолы легких, откуда примеси поступают в кровь и лимфу.
В нашей стране проводятся работы по гигиенической регламентации (нормированию) допустимого уровня содержания примесей в атмосферном воздухе. Обоснованию гигиенических нормативов предшествуют многоплановые комплексные исследования на лабораторных животных, а в случае оценки ольфакторных реакций организма на действия загрязняющих веществ – и на добровольцах. При таких исследованиях используются самые современные методы, разработанные в биологии и медицине.
В настоящее время определены предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе более чем 500 веществ.
Предельно допустимая концентрация – это максимальная концентрация примеси в атмосферном воздухе, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает и не окажет вредного влияния (включая отдаленные последствия) как на самого человека, так и на окружающую его среду в целом.
Гигиенические нормативы должны обеспечивать физиологический оптимум для жизни человека, поэтому к качеству атмосферного воздуха у нас в стране предъявляются высокие требования. Для каждого вещества установлено два норматива: максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДКмр) (осредненная за 20–30 мин) с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека и среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДКсс) с целью предупреждения общетоксического, мутагенного, канцерогенного и другого действия при неограниченно длительном дыхании.
Значения ПДКмр и ПДКсс для наиболее часто встречающихся в атмосферном воздухе примесей приведены в табл. 2.3. В правой крайней графе таблицы приведены классы опасности веществ:
• 1 – чрезвычайно опасные;
• 2 – высокоопасные;
• 3 – умеренно опасные;
• 4 – малоопасные.
Таблица 2.3
Предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе населенных мест
|
Вещество |
ПДК, мг/м3 |
Класс опасности вещества |
|
|
максимальная разовая |
средняя суточная |
||
|
Азота диоксид |
0,085 |
0,04 |
2 |
|
Серы диоксид |
0,5 |
0,05 |
3 |
|
Углерода оксид |
5,0 |
3,0 |
4 |
|
Пыль (взвешенные вещества) |
0,5 |
0,15 |
3 |
|
Аммиак |
0,2 |
0,04 |
4 |
|
Кислота серная |
0,3 |
0,1 |
2 |
|
Фенол |
0,01 |
0,003 |
2 |
|
Ртуть металлическая |
- |
0,0003 |
1 |
Эти классы разработаны для условий непрерывного вдыхания веществ без изменения их концентрации во времени. В реальных условиях возможны значительные увеличения концентраций примесей, которые могут привести в короткий интервал времени к резкому ухудшению состояния человека.
В местах, где расположены курорты, на территориях санаториев, домов отдыха и в зонах отдыха городов с населением более 200 тыс. человек концентрации примесей, загрязняющих атмосферный воздух, не должны превышать 0,8 ПДК.
Может создаться ситуация, когда в воздухе одновременно находятся вещества, обладающие суммированным (аддитивным) действием. В таком случае сумма их концентраций (С), нормированная на ПДК, не должна превышать единицы согласно следующему выражению:
(2.1)
К вредным веществам, обладающим суммацией действия, относятся, как правило, близкие по химическому составу и характеру влияния на организм человека, например:
• диоксид серы и аэрозоль серной кислоты;
• диоксид серы и сероводород;
• диоксид серы и диоксид азота;
• диоксид серы и фенол;
• диоксид серы и фтористый водород;
• диоксид и триоксид серы, аммиак, оксиды азота;
• диоксид серы, оксид углерода, фенол и пыль конверторного производства.
Вместе с тем многие вещества при одновременном присутствии в атмосферном воздухе не обладают суммацией действия, т.е. предельно допустимые значения концентраций сохраняются для каждого вещества в отдельности, например:
• оксид углерода и диоксид серы;
• оксид углерода, диоксид азота и диоксид серы;
• сероводород и сероуглерод.
В том случае когда отсутствуют значения ПДК, для оценки гигиенической опасности вещества можно пользоваться показателем ориентировочно безопасного максимального разового уровня загрязнения воздуха (ОБУВ).
Разработаны также значения предельно допустимых концентраций веществ в воздухе рабочей зоны (ПДКрз).
Значение ПДКрз должно быть таким, чтобы не вызывать у рабочих при ежедневном вдыхании в течение 8 ч заболеваний или не приводить к ухудшению состояния здоровья в отдаленные сроки. Рабочей зоной считается пространство до 2 м высотой, где размещается место постоянного или временного пребывания работающих. Так, ПДКрз диоксида серы составляет 10, диоксида азота – 5, а ртути – 0,01 мг/м3, что значительно выше, чем ПДКмр и ПДКсс соответствующих веществ (см. табл. 2.3).
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 воздухоохранных мероприятий.
Служба наблюдений и контроля за состоянием атмосферного воздуха, как следует из названия, состоит из двух частей, или систем: система наблюдений (мониторинга) и система контроля. Первая система обеспечивает наблюдение за качеством атмосферного воздуха в городах, населенных пунктах и на 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.
Фоновые наблюдения по специальной программе фонового экологического мониторинга проводятся, как правило, 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, дихлор-дифенил-трихлор-метил-метана (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, функционирующую в соответствии с программой ООН по проблемам окружающей среды (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, 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 собираются 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 км2, с учетом направления ветра. 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 ОГЛАВЛЕНИЕм 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, если он находится вне зоны влияния отдельных источников выбросов, может давать информацию об общем состоянии воздушного бассейна. Если пост находится в зоне влияния источников выбросов, он может осуществлять контроль за источниками выбросов.
При размещении постов наблюдений предпочтение отдается тем 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-е гг. прошлого века 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.
Важным методом контроля так называемого трансграничного переноса глобальных потоков примесей, распространяющихся на большие расстояния от места выброса, является создание системы наземных и самолетных станций в соответствии 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 воздухоохранные мероприятия были эффективными, нужна полная и достоверная информация. 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 наблюдений, изменения метеоусловий и структуры городской застройки могут значительно варьировать. В связи с этим для повышения качества воздухоохранных рекомендаций необходимо использовать данные наблюдений за более длительные сроки (пять 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 (ППЗ) 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.