Лекция № Тема: Экологический мониторинг воздуха, воды, почвы, шумового загрязнения, зеленых насаждений. Уровни экологического мониторинга. Стационарные и мобильные станции экологического мониторинга. Поля концентрации загрязнения

Лекция №

Тема: Экологический мониторинг воздуха, воды, почвы, шумового загрязнения, зеленых насаждений. Уровни экологического мониторинга. Стационарные и мобильные станции экологического мониторинга. Поля концентрации загрязнения.

Цель: сформировать представление об экологическом мониторинге, его цели и задаче, видах и методах экологического мониторинга.

Основные термины и понятия: экологический мониторинг, импактный региональный и фоновый (базовый) уровень.

Литература:

1.Экология. 10–11 классы: учеб. пособие для общеобразоват. организаций: базовый уровень / М. В. Аргунова, Д. В. Моргун, Т. А. Плюснина. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2018. – 143 с.

План лекции:

1.     Экологический мониторинг. Цель и задача экологического мониторинга. Виды и методы экологического мониторинга.

2.     Уровни экологического мониторинга.

3.     Стационарные и мобильные станции экологического мониторинга.

4.     Что такое качество окружающей среды и как его оценить. Поля концентрации загрязнения.

Содержание лекции:

1.     Экологический мониторинг. Цель и задача экологического мониторинга.

  Экологический мониторинг – система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния природной среды под влиянием естественных и антропогенных факторов. Термин «мониторинг» впервые появился в 1971 г. в рекомендациях специальной комиссии при ЮНЕСКО.

Объектами экологического мониторинга являются атмосфера, гидросфера, растительный и животный мир и биосфера в целом как среда жизни всего человечества.

Основными функциями экологического мониторинга являются:

1.                 Контроль качества водных объектов, атмосферного воздуха, почвы, и других компонентов ландшафта.

2.                 Определение основных источников загрязнения, прогнозирование состояния качества основных компонентов ландшафта и т.д.

В соответствии с законом об охране окружающей среды, задачами экологического мониторинга являются:

·         наблюдение за состоянием окружающей среды и ее изменением под влиянием хозяйственной и иной деятельности;

·         организация систематических наблюдений за состоянием ОС:

·         проверка и выполнение планов и мероприятий по охране окружающей среды, рациональному использованию природных ресурсов, оздоровлению окружающей природной среды;

·         оценка наблюдаемых изменений:

·         прогноз и определение тенденций в изменении состояния ОС

·         соблюдение требований природоохранного законодательства и нормативов качества окружающей среды.        

            Для ее осуществления пригодные методы, которые основываются как на отдельных измерениях параметров загрязнения биоты, реакции на действие антропогенных факторов, так и на непрерывном определении интегральных показателей на больших территориях.

Экологический мониторинг по целям разделяют на научно-исследовательский, диагностический, проектировочный и др.

По методам ведения, например, на дистанционный (космический, авиационный), с помощью биоиндикаторов (биологический), аналитический(химический).

биологический (с помощью биоиндикаторов);

• дистанционный (авиационный и космический);

• аналитический (химический и физико-химический анализ).

биологический (с помощью биоиндикаторов);

• дистанционный (авиационный и космический);

• аналитический (химический и физико-химический анализ).

биологический (с помощью биоиндикаторов);

• дистанционный (авиационный и космический);

• аналитический (химический и физико-химический анализ).

биологический (с помощью биоиндикаторов);

• дистанционный (авиационный и космический);

• аналитический (химический и физико-химический анализ).

По объектам наблюдения различают мониторинг окружающей человека среды (атмосферного воздуха, водных объектов, почвы) и биологический (растительного и животного мира).

Различают также мониторинг изменений состояния окружающей среды и мониторинг воздействия на окружающую среду.

В зависимости от масштаба наблюдений мониторинг принято делить на глобальный, региональный и локальный.

Основные цели экологического мониторинга состоят в обеспечении своевременной и достоверной информацией.

Особо следует подчеркнуть, что мониторинг решает задачи оценки изменений состояния окружающей среды и воздействие на окружающую среду. Отдельно рассматривается мониторинг состояния здоровья населения.

Методы контроля состояния загрязнения атмосферы:

Газоанализаторы - приборы для определения качественного и количественного состава смесей газов, содержащихся в атмосфере.

Газоанализаторы позволяют получать непрерывные по времени характеристики загрязнения воздуха и выявлять максимальные концентрации примесей, которые могут быть не зафиксированы при периодическом отборе проб воздуха несколько раз в сутки.

Региональные инструментальные методы анализа основаны на автоматизированной системе контроля за загрязнением воздуха в промышленном регионе или на нескольких предприятиях. Информация поступает от автоматических газоанализаторов, установленных в различных местах региона или вокруг крупных промышленных объектов, иногда на конкретных технологических установках.

Глобальный мониторинг осуществляется зондированием атмосферы. Для этого используют оптическую и радиолокационную аппаратуру, которая позволяет определить загрязнения на разных высотах атмосферы.

Для дистанционного анализа загрязнений атмосферы используются автоматизированные приборы на основе лазеров.

Пространственное распределение примесей в воздухе определяется с помощью лидаров - приборов, представляющих собой сочетание лазера и локатора.

Методы контроля состояния загрязнения вод:

Основные стандартные методы контроля за состоянием загрязнения вод:

· метод химического потребления кислорода;

· метод биохимического потребления кислорода;

Многокомпонентные методы анализа:

· атомно-эмиссионный;

·рентгеновский;

· хроматографический методы.

Методы контроля в почвенном мониторинг:

Почвенный (агроэкологический) мониторинг имеет общий характер, т.к. почвенный покров накапливает информацию о происходящих процессах и изменениях.

Основные показатели агроэкологического мониторинга:

·кислотность;

·потеря гумуса;

·засоление;

·загрязнение нефтепродуктами.

Мониторинг радиационного загрязнения природной среды

В радиоэкологическом мониторинге используются стационарные и переносные дозиметры и радиометры.

Рентгеновское и гамма-излучение регистрируют дозиметром.

Бета-излучение регистрируют радиометрами.

Система стационарного контроля радиационной обстановки и радиационного мониторинга окружающей среды включает в себя:

·        средства контроля радиационной обстановки: датчики альфа-, бета-загрязнения поверхностей, датчики гамма-излучения, датчики нейтронного излучения, поисковые дозиметры альфа- бета- нейтронные;

·        спектрометры ионизирующих излучений: сцинтилляционные спектрометры энергии гамма и бета-излучения, полупроводниковые спектрометры энергий альфа-излучения;

·        для контроля питьевой воды на водозаборах, контроля сточных вод атомных станций и других предприятий, использующих в своей технологии гамма-излучающие радионуклиды, используют радиометр-спектрометр.

Методы биологического мониторинга

Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов. Биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации.

Биотестирование — метод, позволяющий в лабораторных условиях оценить качество объектов окружающей среды с помощью живых организмов.

Оценка компонентов биоразнообразия — является совокупностью методов сравнительного анализа компонентов биоразнообразия

2.Уровни экологического мониторинга.

Система мониторинга реализуется на нескольких уровнях, которым соответствуют специально разработанные программы:

1.     изучение сильных воздействий в локальном масштабе;

2.     на региональном уровне (проявление проблем миграции и трансформации загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов, характерных для экономики региона)

3.     фоновом (на базе биосферных заповедников, где исключена всякая хозяйственная деятельность).

Экологический мониторинг предусматривает обязательность наблюдений на таких уровнях:

1) импактный уровень — наблюдения за территориями, которые поддаются антропогенному влиянию, которое предопределяет опасные или критические последствия;

2) региональный уровень — наблюдение за процессами и явлениями в пределах определенного региона;

3) фоновый (базовый) уровень — глобальные, региональные наблюдения по состоянию экосистем и прогнозирования в них изменений, которые происходят без прямого влияния антропогенных факторов.

Глобальный мониторинг предусматривает слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза возможных изменений. 

Разработка и координация глобального мониторинга окружающей природной среды осуществляется в рамках ЮНЕП (орган ООН) и Всемирной метеорологической организации (ВМО).

Региональный мониторинг охватывает отдельные регионы, в пределах которых наблюдаются процессы и явления, отличающиеся по природному характеру или по антропогенным воздействиям от естественных биологических процессов- (проявление проблем миграции и трансформации загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов, характерных для экономики региона

 Импактный мониторинг обеспечивает наблюдения в особо опасных зонах и местах, непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ.

Биосферный мониторинг (фоновый) – это слежение за состоянием природных систем, на которые практически не накладываются региональные антропогенные воздействия. Для осуществления базового мониторинга используют удаленные от промышленных регионов территории, в том числе биосферные заповедники.

3.Стационарные и мобильные станции экологического мониторинга.

Для комплексной оценки экологического воздействия на исследуемой территории существуют стационарные и передвижные станции экологического мониторинга

Мониторинг атмосферы осуществляют посты трех категорий:

1. Стационарные посты, ведущие систематические и длительные наблюдения, оборудованные приборами и аппаратурой для отбора и анализа проб воздуха и определения метеорологических параметров. Эти посты располагаются на открытых площадках в жилых районах на расстоянии 10-40 м для средних высот труб основных источников загрязнения. В городе с населением до 1 млн. человек с учетом его площади, рельефа и развития промышленности в среднем размещаются 2-3 поста. Автоматические самопишущие газоанализаторы на таких постах проводят контроль по основным загрязнителям воздуха – диоксиду серы, оксидам азота, оксидам углерода, углеводородам и пыли.

2. Маршрутные посты, служащие для постоянных наблюдений с помощью передвижной лаборатории на автомашине (например, «Атмосфера - II»), позволяющих определять пыль, сажу, типичные газообразные загрязнители и метеопараметры. Разработаны и созданы передвижные лазерные станции на базе автомобиля «КамАЗ» для дистанционного газового и аэрозольного контроля. Такая передвижная станция способна контролировать состояние атмосферного воздуха с помощью лазерного луча на расстоянии до 2 км. При этом точность измерений по оксидам азота составляет 0,1 мг/м3 , по диоксиду серы – 0,03 мг/м3 , по пыли – 0,01 мг/м3 . 3. Передвижные (подфакельные) посты, служащие для разовых наблюдений под дымовыми и газовыми факелами в радиусе 0,2-20 км.

Кроме того, в мониторинге атмосферы важная роль отводится созданию и развитию автоматизированных систем контроля.

Для проведения мониторинга вод суши организуются:

· стационарная сеть пунктов наблюдений за естественным составом и загрязнением поверхностных вод;

·специализированная сеть пунктов для решения научно-исследовательских задач;

· временная экспедиционная сеть пунктов.

 При определении положения пунктов наблюдений обращается внимание на места сброса сточных, подогретых, коллекторно-дренажных вод, нерестилища и зимовья рыб, устьевые зоны и т.п.

 На стационарных пунктах определяют температуру воды, взвешенные вещества, минерализацию, цветность, рН, кислород, БПК5, ХПК, запахи, главные ионы, биогенные компоненты, нефтепродукты, СПАВ, фенолы, пестициды, тяжелые металлы, а также специфические загрязнители, поступающие в данный водный объект. Стационарная сеть наблюдений охватывает около 1000 водных объектов.

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. Meсто 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.

Маршрутный пост наблюдений — место на определенном маршруте в городе. Он предназначен 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.

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.

При использовании расчётных методов значения характеристик выделений и выбросов ЗВ в атмосферу определяются по расчётным формулам, изложенным в соответствующих методиках. Расчёт должен проводиться с учетом возможных различий в работе производств, участков, агрегатов и т.п. при разных режимах работы, в частности, на разных стадиях многостадийных технологических процессов

4.Что такое качество окружающей среды и как его оценить Поля концентрации загрязнения.

Качество окружающей среды – состояние окружающей среды, которое характеризуется физическими, химическими, биологическими и иными показателями и (или) их совокупностью.

Качество и степень воздействия на окружающую среду оценивается исходя из нормативов.

В настоящее время выделяют 3 группы нормативов.

1 группа. Нормативы качества окружающей среды. К ним относятся санитарно-гигиенические нормативы – предельно допустимые концентраций (ПДК) вредных веществ, а также предельно допустимых уровней химического, биологического, физического и радиационного воздействия. Данные нормативы разработаны с целью определить показатели качества окружающей среды применительно к здоровью человека.

Предельно допустимые концентрации являются определёнными нормами щадящего воздействия загрязняющих веществ на здоровье человека и природную среду.

2 группа. Нормативы допустимого воздействия. К ним относятся производственно-хозяйственные нормативы – нормативы выбросов, сбросов вредных веществ, размещение отходов, которые устанавливаются для конкретного источника воздействия (предприятия), ограничивая его негативное воздействие на окружающую среду пороговой величиной.

3 группа. Комплексные нормативы – нормативы, сочетающие в себе признаки первой и второй групп: предельно допустимая нагрузка на окружающую среду, нормы защитных и санитарных зон и т. д..

В России действует единая государственная система экологического мониторинга. Наблюдения проводятся в соответствии с ФЗ №7 «Об охране окружающей среды», ФЗ №52 «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

В ДНР 30.04.15г. принят закон «Об охране окружающей среды».

Государственный мониторинг атмосферного воздуха осуществляется на основе данных государственной наблюдательной сети, с учетом данных территориальных систем наблюдений субъектов Российской Федерации и локальных систем наблюдений предприятий, а также получаемых в рамках социально-гигиенического мониторинга данных Роспотребнадзора. Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха в России проводится в 243 городах, на 678 станциях, из них регулярные наблюдения Росгидромета выполняются в 223 городах на 620 станциях.

Вредные вещества, попадающие в атмосферу, подвергаются физико-химическим превращениям, рассеиваются и вымываются из атмосферы.

Степень загрязнения атмосферного воздуха оценивается при сравнении фактических концентраций с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязняющих веществ для населенных мест, устанавливаемых Главным санитарным врачом Российской Федерации.

Установлены ПДК для более чем 400 веществ. ПДК подразделяются на максимальные разовые (осредненные за 20 минут), среднесуточные и рабочей зоны.

Средние за месяц и за год концентрации обычно сравниваются со среднесуточными ПДК. Концентрации, измеренные за 20 минут, сравниваются с максимально разовыми ПДК.

Средние (суточные, годовые) концентрации загрязняющего вещества сравниваются с ПДК среднесуточными (ПДКс.с.) и среднегодовыми (ПДКгод), максимальные из разовых концентраций – с ПДК максимальными разовыми (ПДКм.р.).

Для оценки качества воздуха используется следующие показатели:

-ИЗА – комплексный индекс загрязнения атмосферы, учитывающий среднегодовые концентрации нескольких примесей;

-СИ – стандартный индекс – наибольшая измеренная разовая концентрация примеси, деленная на ПДКм.р., определяемая из данных наблюдений на станции за одной примесью, или на всех станциях рассматриваемой территории за всеми примесями за месяц или за год;

-НП – наибольшая повторяемость (%) превышения ПДКм.р. по данным наблюдений за одной примесью на всех станциях города за год.

Уровень загрязнения атмосферного воздуха считается повышенным при ИЗА от 5 до 6, СИ < 5, НП < 20%, высоким при ИЗА от 7 до 13, СИ от 5 до 10, НП от 20 до 50% и очень высоким при ИЗА равном или больше 14, СИ > 10, НП > 50%.

Также с учетом ПДК определяют:

-.показатель НП-наибольшая повторяемость, %, превышения ПДК любым веществом в городе;

 -повторяемость, %, разовых концентраций примеси в воздухе выше 5 ПДК (q₁);

-         число дней с концентрацией примесей в воздухе, превышающей 10 ПДК;

-         наибольшая измеренная в городе максимальная разовая концентрация любого вещества, деленная на ПДК – стандартный индекс (СИ) или наибольший единичный индекс загрязнения.

Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) –

Сеть наблюдений за источниками воздействия и за состоянием биосферы охватывает практически весь земной шар. ГСМОС была создана совместными усилиями всего мирового сообщества (основные цели, положения программы были сформулированы в 1974 г на I межправительственном совещании по мониторингу).

Первоочередной задачей была признана организация мониторинга загрязнения окружающей природной среды и вызывающих его факторов воздействия. Наблюдения охватывают все типы экосистем: водные (морские и пресноводные) и наземные (местные, степные, пустынные, высокогорные).

В России станции комплексного фонового мониторинга расположены в биосферных заповедниках и являются частью глобальных международных наблюдательных сетей.

Контроль знаний:    

        Дать ответы на вопросы:

1.Дайте определение понятию «экологический мониторинг».

2.Укажите цели и задачи мониторинга окружающей среды.

3. Какие бывают уровни мониторинга окружающей среды?

4. Перечислите классификацию загрязнений окружающей среды.

5. Что является объектом экологического мониторинга?

6. Перечислите виды мониторинга окружающей среды.

7. Что называется загрязнением окружающей среды?

8. Перечислите направления возможных нарушений состояния окружающей среды.

9.Что такое качество окружающей среды и как его оценить?

Домашнее задание: пересказ конспекта лекции, изучить соответствующую тему учебника, подготовить сообщения по теме лекции.