Методы и средства контроля качества окружающей среды

Лекция 1.
Принципы организации национальной системы мониторинга

Мониторинг - система наблюдений за антропогенными изменениями окружающей среды, оценки и прогноза ее состояния на фоне естественных измерений.
Мониторинг окружающей среды решает следующие задачи:
1) наблюдение за измерениями состояния биосферы, выделение изменений, обусловленных деятельностью человека, и обобщение результатов наблюдений;
2) определение тенденций и прогноз возможных изменений состояния биосферы;
3) оценка изменений и тенденций изменений состояния биосферы путем сравнения с критериями (ПДК и ПДН), устанавливающими предел возможного экологического ущерба.

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
Общие показатели и главные ионы
* для рН (отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода) устанавливаются предельные значения

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
Органические и биогенные вещества
* для эвтрофных водоемов

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
Тяжелые металлы

Национальная система мониторинга
загрязнения природной среды включает:
- мониторинг источников загрязнения;
- мониторинг загрязнения поверхностных вод суши,
- мониторинг загрязнения атмосферного воздуха,
- мониторинг загрязнения почв,
- мониторинг загрязнения морей,
- фоновый мониторинг.

ВИДЫ МОНИТОРИНГА
Базовый мониторинг – наблюдения и контроль общебиосферных явлений без наложения на них антропогенных воздействий не только в настоящее время, но и в ближайшие 50-100 лет.
Фоновый мониторинг – наблюдения и контроль изменения природной среды в местах, удаленных от локальных источников антропогенного воздействия (источников загрязнения). Для выполнения этой задачи организована сеть специальных станций наблюдения в биосферных заповедниках.
Импактный мониторинг - наблюдения и контроль региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах и точках Земли.
Глобальный мониторинг – наблюдения и контроль общемировых процессов и явлений, включая антропогенной воздействие на биосферу.
Региональный мониторинг – наблюдения и контроль для получения информации о состоянии биосферы в зонах и регионах, подверженных антропогенному воздействию – вблизи урбанизированных районов и на их границах.
Биологический мониторинг - определение состояния биоты, отклика организмов на антропогенные воздействия на различных уровнях биологической организации: молекулярном, клеточном, организменном, популяционно-видовом, уровне сообщества и экосистемы.
Дистанционный мониторинг - совокупность авиационного и космического мониторинга, иногда в этот термин включают наблюдения и контроль с помощью приборов, установленных в труднодоступных местах Земли, показания которых передаются в центры сбора информации с помощью методов дальней передачи информации (радио, спутники).

Структура национальной системы мониторинга
загрязнения окружающей среды
Система мониторинга загрязнения окружающей среды в России построена по иерархическому принципу и состоит из трех уровней:
Первый уровень – станции наблюдений, которые проводят отбор проб, их обработку, химические определения и первичное обобщение полученной информации
Второй уровень – территориальные и региональные центры по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Здесь осуществляется анализ и обобщение полученной информации, оценка состояния окружающей среды на региональном уровне, составляются прогнозы для данной территории.
Третий уровень – Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) и головные научно-исследовательские учреждения по каждому виду мониторинга.

ТИПЫ ИНФОРМАЦИИ И ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
1) Экстренная или штормовая информация содержит сведения о резких изменениях уровня загрязненности, которые могут быть вызваны неблагоприятными метеорологическими условиями или вследствие аварий, которые влекут за собой выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду. Эта информация немедленно передается в местные органы управления для срочного принятия мер, а также в головные НИУ и Росгидромет, которые оперативно проводят анализ данной информации и передают ее в центральные органы власти и управления.
2) Текущая (режимная) информация охватывает 3-х месячный период наблюдений. Информация передается по цепочке: региональный центр – НИУ – Росгидромет. Последний извещает органы власти о текущем состоянии окружающей среды и выявленных тенденциях.
3) Обзорная (обобщающая) информация охватывает период в 1 год и отражает общее состояние окружающей среды. Обзорная информация служит для планирования природоохранных мероприятий, для составления долгосрочных прогнозов состояния окружающей среды и использования природных ресурсов.
4) Информация по запросам потребителей.

СТРУКТУРА МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Стационарные посты служат для систематических и длительных наблюдений. Представляют собой специальные павильоны, оснащенные необходимыми приборами и аппаратурой для отбора проб воздуха и регистрации содержания вредных примесей в атмосфере и определения метеорологических параметров.
Маршрутные посты служат также для постоянных наблюдений. Отбор проб воздуха и метеорологические измерения проводятся с помощью передвижной лаборатории на автомашинах.
Подфакельные посты служат для разовых наблюдений под дымовыми и газовыми факелами. Отбор проб воздуха и метеорологические измерения также производятся с помощью передвижной лаборатории, однако посты выбирается каждый раз в зависимости от режима ветра на разных расстояниях от источника загрязнения.
Автоматизированные станции наблюдений служат для непрерывного контроля содержания вредных примесей в атмосфере и определения метеорологических параметров в наиболее напряженных с экологической точки зрения участках.

ПОКАЗАТЕЛИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Общие показатели:
Запыленность, сажа, оксиды серы, углерода, азота.
Специфические загрязняющие вещества
(определяются при наличии источников поступления в атмосферу):
Аммиак, сероводород, сероуглерод, фенолы, фтористый водород, хлор, метилмеркаптаны,
углеводороды.
Тяжелые металлы:
Ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, железо, марганец, кобальт, хром, никель, ванадий и др.
Высокотоксичные загрязняющие вещества:
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полихлорированные дифенилы,
диоксины

СТРУКТУРА МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СУШИ
Стационарная сеть пунктов наблюдений по физическим, химическим и гидробиологическим показателям служит для постоянного контроля качества вод.
Специальная сеть пунктов наблюдений служит для изучения процессов, происходящих в водном объекте. Например для изучения эвтрофирования или самоочищения водного объекта.
Временная экспедиционная сеть пунктов наблюдений предназначена для рекогносцировочного обследования.
Автоматизированные станции наблюдений служат для непрерывного контроля загрязненности вод и устанавливаются в наиболее напряженных с экологической точки зрения участках водных объектов.

Автоматическая станция контроля качества воды (АСККВ)
(АСККВ) представляет собой комплексное многофункциональное устройство, позволяющее без участия человека быстро получать, обрабатывать, хранить и передавать в центр информацию о физических свойствах и химическом составе поверхностных вод. Позволяет определить температуру воды, водородный показатель (рН), электрическую проводимость, окислительно-восстановительный потенциал (Еh), концентрацию кислорода, хлоридных, сульфатных, нитритных, нитратных и других ионов, а также некоторых загрязняющих компонентов (медь, хром, фтор, цианиды). Ряд станций, расположенных на водных объектах по определенной схеме, при наличии центра обработки информации и каналов связи образует систему, которая обеспечивает непрерывность наблюдений.

РАСПОЛОЖЕНИЕ ВЕРТИКАЛЕЙ В ПУНКТЕ КОНТРОЛЯ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СУШИ

РАСПОЛОЖЕНИЕ ГОРИЗОНТОВ В ПУНКТЕ КОНТРОЛЯ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СУШИ

КАТЕГОРИИ ПУНКТОВ КОНТРОЛЯ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СУШИ

ОБЯЗАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА МОНИТОРИНГА
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
Обязательная программа является общей для сети наблюдений и включает в себя следующие разделы:
- визуальные наблюдения (отмечаются явления, необычные для данного водного объекта, например, наличие и характер пленки на поверхности воды и на береговой полосе, плавающие примеси, появление повышенной мутности, посторонней окраски, цветения, пены, выделение пузырьков донных газов, гибель рыбы, земноводных, растений);
- измерение расхода воды на водотоках или уровня на водоемах;
- измерение температуры, цветности, прозрачности, запаха, рН и Еh, концентрации кислорода и диоксида углерода, взвешенных веществ, главных ионов и их суммы, органических веществ (по ХПК и БПК), биогенных веществ и основных загрязняющих веществ (нефтепродукты, СПАВ, фенолы, пестициды, тяжелые металлы).

ГЛАВНЫЕ ИОНЫ ПРИРОДНЫХ ВОД
Ионы, содержащиеся в поверхностных водах в наибольших концентрациях ( хлоридные Cl-, сульфатные SO42-, гидрокарбонатные HCO3-, карбонатные CO32- натрия Na+, калия К+, магния Mg2+, кальция Са2+). В океанической воде кроме указанных выше к Г. и. необходимо отнести Br-, F-, ионы H3BO3-, Sr2+, концентрация которых превышает 0,001 %.
Перечисленные 11 ионов в сумме составляют 99,99 % всех растворенных в океанической воде веществ.

Формы азота в природных водах
Азот общий (А.о.) - сумма минерального и органического А. в природных водах. В поверхностных водах содержится в виде ряда минеральных и органических соединений. Различные формы А. о. можно сгруппировать следующим образом: минеральные формы – А. нитратный (NO3-), нитритный (NO2-), аммонийный (NH4+); органические соединения, как высокомолекулярные (протеины, протеиды, полипептиды), так и более простые низкомолекулярные (аминокислоты, амины, амиды, мочевина).
Азотсодержащие соединения находятся в поверхностных водах в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии и могут под влиянием многих физико-химических и биохимических факторов переходить из одного состояния в другое.
Средняя концентрация А. о. в природных водах колеблется в значительных пределах и зависит от трофности водного объекта: для олиготрофных изменяется обычно в пределах 0,3-0,7 мг/л, для мезотрофных – 0,7-1,3 мг/л, для евтрофных – 0,8-2,0 мг/л.

СОКРАЩЕННЫЕ ПРОГРАММЫ МОНИТОРИНГА
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
Кроме обязательной программы, система наблюдений включает три сокращенные программы, предусматривающие следующие определения:
Программа 1 – визуальные наблюдения, расход воды (или уровень), растворенный кислород, электропроводимость;
Программа 2 – визуальные наблюдения, расход воды (или уровень), температура, электропроводимость, ХПК, БПК5, взвешенные вещества, растворенный кислород, 2-3 основных загрязняющих вещества, характерных для этого пункта;
Программа 3 – визуальные наблюдения, расход воды (или уровень), температура, растворенный кислород, рН, ХПК, БПК5, взвешенные вещества, все загрязняющие вещества, характерные для данного пункта.
Программа работ в зависимости от категории пунктов наблюдений отличается не только по объему определяемых показателей, но и по срокам наблюдений.

ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ МОНИТОРИНГА ВОД И ВИДЫ ПРОГРАММЫ НАБЛЮДЕНИЙ ПО ГИДРОХИМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ