Презентация к лекциям доцента кафедры геоэкологии и прикладной геохимии геолого-географического факультета ЮФУ канд. хим. наук Предеиной Л.М. 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 Ингредиенты и показатели Лимитирующий показатель вредности Предельно допустимые концентрации, мг/л Класс опасности 1234 Растворенный кислородОбщие требования4,0Усл.4 рН6,5-8,5*Усл.4 Взвешенные веществаОбщие требованияНе более 0,75 мг/л сверх природного содержания Усл.4 Калий (катион)Санитарно- токсикологический 50,04-э Кальций (катион)Санитарно- токсикологический 180,04-э Магний (катион)Санитарно- токсикологический 40,04 Натрий (катион)Санитарно- токсикологический 120,04-э Сульфаты (анион)Санитарно- токсикологический 100,04 Хлориды (катион)Санитарно- токсикологический 3004-э МинерализацияОбщие требования1000Усл.4 Сульфиды и сероводород Общесанитарный15,0Усл.4 * для рН (отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода) устанавливаются предельные значения

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД Органические и биогенные вещества Ингредиенты и показатели Лимитирующий показатель вредностиПредельно допустимые концентрации, мг/л Класс опасности 1234 БПК 5 (О 2 )Общие требования2,0- ХПКОбщие требования15,0Усл.4 Нефть и нефтепродуктыРыбохозяйственный0,053 ФенолыРыбохозяйственный0,0013 БензолТоксикологический0,54 МетанолСанитарно-токсикологический0,14 ФормальдегидСанитарно-токсикологический0,052 ГХЦГТоксикологическийОтсутствие(0,00001)1 Аммоний солевой (NH 4 + ) Токсикологический0,5;N(NH 4 + )=0,394 Нитрат-ионы (NO 3 - )Санитарно-токсикологический40,0;N(NO 3 )=9,003 Нитрит-ионы (NO 2 - )Токсикологический0,08;N(NO 2 )=0,02Усл.4 Фосфаты (по Р)Санитарно-токсикологический0,2 * 4-э Фосфор элементарныйТоксикологическийОтсутствие (0,00001)1 СПАВ (детергенты)Токсикологический0,14 ЛигносульфонатыСанитарно-токсикологический1,03 ЛигнинСанитарно-токсикологический2,03 МочевинаСанитарно-токсикологический80,0(37,8N)4 АнилинТоксикологический0,00012 ДДТТоксикологическийотсутствие(0,00001)1 * для эвтрофных водоемов

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД Тяжелые металлы Ингредиенты и показатели Лимитирующий показатель вредностиПредельно допустимые концентрации, мг/л Класс опасности 1234 Железо общееТоксикологический0,14 Медь (Cu 2+ )Токсикологический0,0013 Цинк (Zn 2+ )Токсикологический0,013 Хром (Cr 6+ )Токсикологический0,023 Хром (Cr 3+ )Токсикологический0,073 Никель (Ni 2+ )Токсикологический0,013 Кобальт (Co 2+ )Токсикологический0,013 Марганец (Mn 2+ )Токсикологический0,014 Свинец (Pb 2+ )Токсикологический0,0062 Мышьяк (As 3+ )Санитарно-токсикологический0,011 Ртуть (Hg 2+ )Санитарно-токсикологический0, Кадмий (Cd 2+ )Токсикологический0,0052 Алюминий (Al 3+ )Токсикологический0,044 Олово (Sn 4+ )Токсикологический0,1124 Ванадий (V 5+, V 4+ )Токсикологический0,0013 Молибден (Mo 6+ )Токсикологический0,0012

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 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 Тип водного объекта Факторы, определяющие количество вертикалей Количество вертикалей Расположение вертикалей ВодоемШирина зоны загрязненности водоема Не менее 2Первая не далее 0,5 км от места сброса сточных вод; последняя – непосредственно за границей зоны загрязненности ВодотокНеоднородность химического состава воды в створе Не менее 3На расстоянии 3-5 км от берегов (две), на стрежне водотока Однородность химического состава воды в створе Не менее 1На стрежне водотока

РАСПОЛОЖЕНИЕ ГОРИЗОНТОВ В ПУНКТЕ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СУШИ Тип водного объекта Глубина водоема или водотока в месте измерения, м Количеств о горизонтов Расположение горизонтов ВодоемМенее Более У поверхности У поверхности, у дна У поверхности, 10 м, у дна У поверхности, 10 м, 20 м, у дна У поверхности, 10 м, 20 м, 50 м, у дна У поверхности, 10 м, 20 м, 50 м, 100 м, у дна ВодотокМенее Более У поверхности У поверхности, у дна У поверхности, на половине глубины, у дна

КАТЕГОРИИ ПУНКТОВ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СУШИ Категория пункта контроля Расположение пункта контроля с учетом комплекса факторов народнохозяйственного значения и размера водоема или водотока состояние воды водоема или водотока 1 Районы городов с населением свыше 1 млн. жителей; места нереста и зимовья особо ценных видов промысловых организмов Район повторяющихся аварийных сбросов загрязняющих веществ и заморных явлений водных организмов; районы организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается высокая загрязненность воды (превышение 100 ПДК по одному или нескольким показателям качества воды) 2 Районы городов с населением от 1 до 0,5 млн. жителей; район важного рыбохозяйственного значения (места нереста и зимовья ценных видов промысловых организмов, предплотинные участки рек); при пересечении реками государственной границы России Районы организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается систематическая средняя загрязненность воды (превышение от 10 до 100 ПДК) по одному или нескольким показателям воды 3Районы городов с населением менее 0,5 млн. жителей; замыкающие створы больших и средних рек; устья загрязненных притоков больших рек и водоемов Районы организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается систематическая низкая загрязненность воды (превышение до 10 ПДК по одному или нескольким показателям качества воды) 4Районы территории государственных заповедников и национальных парков; водоемы и водотоки, являющиеся уникальными природными образованиями Незагрязненные участки водоемов и водотоков

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, БПК 5, 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 Периодичность проведения контроля Категория пункта контроля 1234 ЕжедневноСокращенная программа 1Визуальные наблюдения ЕжедекадноСокращенная программа 2Сокращенная программа 1 ЕжемесячноСокращенная программа 3 В основные фазы водного режима Обязательная программа

ПОКАЗАТЕЛИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ Почвы сельскохозяйственного предназначения: - Приоритетные пестициды - Наиболее токсичные тяжелые металлы – ртуть, свинец, кадмия и др. - Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полихлорированные дифенилы, диоксины - Показатели плодородия почв (кислотность, засоленность, толщина гумусового слоя, концентрации биогенных элементов и др.) Почвы вокруг промышленных объектов: - Тяжелые металлы - Бенз(а)пирен - Полихлорированные дифенилы