Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Мы поможем в написании вашей работы!  
 

Системы мониторинга атмосферного воздуха



2.3.1 Мониторинг источников загрязнения

Стокгольмская конференция (1972 г.) по окружающей среде положила начало созданию глобальных систем мониторинга со­стояния окружающей среды (ГСМОС/GEMS), включая и систему наблюдения за состоянием атмосферного воздуха. Последняя явля­ется сложной информационной системой, оперирующей данными на всех земных масштабах и уровнях, начиная с глобального уров­ня и кончая имиактными уровнями.

Вообще удобно всю систему мониторинга воздушной среды представлять в виде пирамиды, на самом верху которой проводятся фоновые измерения в самых чистых местах планеты, удаленных от мест активной человеческой деятельности на тысячи километров (т.е. осуществляется глобальный фоновый мониторинг. Ниже на этой пирамиде располагается система регионального мониторинга, еще ниже - импактного. Последний термин происходит от англий­ского слова " impact", которое означает непосредственное влияние (воздействие). Таким образом, системы импактного мониторинга географически размещаются в местах активной человеческой дея­тельности.

Система была бы неполной, если бы не включала наблюдение за источниками выбросов на самих предприятиях (мониторинг ис­точников). Предполагалось, что такие наблюдения должны произ­водиться на самих предприятиях имеющимися или создаваемыми там службами или с использованием внешних услуг. В условиях от­лаженной экономики и развитой нормативно-правовой базы рыноч­ных стран, последние довольно быстро (хотя и не безболезненно!) приспособились к контролю экологической обстановки фактически с двух сторон (имеется в виду сочетание контроля импактных зон и контроля на самом предприятии, которое, конечно, тоже входит в импактную зону).

Мониторинг источников на российских предприятиях также осуществляется внутренними службами. Однако это делается не по­всеместно, а только на самых крупных, передовых предприятиях или предприятиях повышенной опасности. Более того, экономиче­ская ситуация последнего времени стала главным препятствием на пути развития внутризаводского контроля источников выбросов. В реальности указанная пирамида мониторинга воздуха в России ока­залась "повисшей в воздухе". Именно поэтому в проекте единой го­сударственной системы экологических наблюдений (ЕГСЭН) мони­торингу источников отведено важное место в общей системе эколо­гических наблюдений.

Желательно изолировать все возможные источники газовых выбросов, а собранные газы направить на соответствующие системы очистки-обезвреживания. При этом могут быть достигнуты не толь­ко природоохранные цели, но и получена определенная экономиче­ская выгода от рекуперации ценных компонентов. В таком случае говорят об организованных источниках газовых выбросов. К со­жалению, далеко не все источники могут быть изолированы, т.е. ор­ганизован целенаправленный отток газов через трубы и газоходы в очистное технологическое оборудование.

В зависимости от степени совершенства производства органи­зованные источники по мощности составляют от 0 % (несовершен­ное производство) до почти 100 % (совершенное производство). Для российских предприятий эта цифра в среднем близка к 30 %. Ос­тавшиеся 70 % газовых выбросов рассеиваются через окна, фонари и другие цеховые негерметичности. Так создается неорганизован­ный, как правило, площадной выброс.

По геометрическим особенностям источников их можно раз­делить на точечные, линейные и площадные. Условность этих по­нятий очевидна. Город, как источник загрязнения атмосферы, может рассматриваться как точка (на карте). В то же время его нельзя рас­сматривать как точку при описании распространения загрязняющих веществ на расстояния порядка диаметра самого города. В этом слу­чае город - площадной источник. Пример линейного источника - ав­тотрасса. Введенные понятия важны при моделировании процессов распространения примесей в атмосфере.

Типы загрязняющих веществ. Одновременно с характером источников важно учитывать сте­пень консервативности 3В. Примесь считается полностью консер­вативной, если рассеиваемое в про­странстве вещество не реагирует, не поглощается каплями дождя, не подвергается фотохимическим превращениям, не адсорбируется почвой и т.п. Такие вещества имеют очень большое время жизни в атмосфере и потому переносятся на большие расстояния воздушны­ми потоками без изменения. Считают, что, если время жизни загряз­няющего вещества превышает 1 год, то его можно отнести к гло­бальным. Глобальные 3В, будучи выброшенными в одном месте, через год настолько хорошо перемешиваются в атмосфере, что их концентрация становится практически одинаковой. Примером гло­бальных загрязняющих веществ (ГЗВ) могут служить СО2, фреоны и суперэкотоксиканты типа диоксинов, дибензофуранов и ПХБ. ГЗВ создают проблемы планетарного масштаба.

Региональные 3В обладают или меньшим временем жизни, или выбрасываются в количестве, которое значимо только в пределах региона, а не всей планеты; они возникают как результат peгиональной деятельности человека и создают проблемы регионального же уровня.

Локальные 3В обладают или еще меньшим временем жизни, или их количество так мало, что не следует учитывать воздействие таких 3В на региональном уровне. Воздействие этих 3В значимо только в данном месте. В подавляющем большинстве случаев мест­ным комитетам по охране окружающей среды приходится иметь де­ло с локальными 3В.

Неконсервативные 3В, претерпевая физико-химические превращения, трансформируются в иные вещества и продукты, ко­торые могут оказаться как менее, так и более токсичными, чем ис­ходные (первичные 3В). Вторичные вещества и продукты, обла­дая иными свойствами, нежели первичные, находят свои геофизи­ческие и биологические барьеры, которые задерживают их от пе­ремещения в пространстве. Для организации мониторинга (особен­но комплексного, когда наблюдения ведутся по всем средам, вклю­чая и биотическую) очень важно обнаружить эти барьеры, ибо 3В накапливаются именно на барьерах и в их ближайших окрестностях. Такая идеология делает мониторинг гораздо более дешевым, по­скольку открывает способ мониторинга, не требующий подробного наблюдения за загрязненностью сред в пространстве и во времени.

Известно, что эффективный перенос 3В на большие расстоя­ния в пространстве осуществляется главным образом по воздуху даже для тех веществ, которые имеют очень малые парциальные давления своих паров (например, ПХБ, диоксины). Однако в этом случае перенос осуществляется в адсорбированном на аэрозольных частицах состоянии, а депонирующими элементами экосистем ста­новятся барьеры (почвы, донные отложения, места скопления мортмассы животных и растительных организмов и т.д.)

Далеко не все 3В следует рассматривать в качестве объектов наблюдений в различных программах мониторинга, а лишь приори­тетные. Это вызвано прежде всего сильно различающимися эффек­тами 3В на здоровье человека. Поскольку программы мониторинга, о которых идет речь в данном пособии, направлены именно на со­хранение здоровья человека (гомоцентрическая концепция монито­ринга), то главным при определении приоритетности являются са­нитарно-гигиенические аспекты. Вообще же методология выбора приоритетных веществ продемонстрирована группой экспертов, го­товивших решения уже названной Стокгольмской конференции (группа экспертов, работавшая до 1972 г. в Найроби). Согласно этой методологии, определяющими факторами при выборе проритетности веществ являются следующие:

1) размер фактического или потенциально возможного возействия на здоровье человека, на климат и на экосистемы;

2) склонность 3В к деградации или накоплению в тканях чело­века и элементах его трофических цепей;

3) возможность трансформации 3В в различных средах и сис­темах, а также возможность образования вторичных 3В бо­лее токсичных или более склонных к накоплению в тканях человека;

4) мобильность 3В;

5) фактические или возможные тренды концентраций 3В в ок­ружающей среде;

6) частота воздействия;

7) возможность наблюдения за 3В.

2.3.2 Особенности мониторинговых программ

Рассмотрим системный подход к анализу данных наблюдений в различных программах мониторинга и выявим, какие особенности вносит фактор географического масштаба наблюдений в исполне­ние той или иной программы.

Мониторинг источников. Состав газовых выбросов в источнике полностью определяет­ся в качественном и количественном отношениях технологией и ее совершенством. Уровни концентраций 3В в источнике превышают ПДКсс в десятки тысяч раз. Аналитическая задача не сложна, по­скольку состав известен и достаточно стабилен, а уровни концен­траций высоки и не требуют предварительного концентрирования пробы. Вес трудности связаны с взятием представительной пробы из источника, поскольку газовые потоки часто гетерогенны, нагреты до высокой температуры и неоднородны по времени и диаметру газо­хода. Здесь перспективны неконтактные методы анализа, не тре­бующие взятия проб. Данный уровень мониторинга в этом пособии не рассматривается.

Импактный мониторинг. Состав и уровни концентраций в значительной мере (но не полностью) определяются технологиями производств, создающих загрязнение. В данном случае физико-химические процессы в окру­жающей среде и метеорологические условия начинают играть суще­ственную роль в создании наблюдаемых уровней концентраций 3В. Последние иногда превышают ПДКсс в десятки раз. Наблюдается тесная связь между расположением источников, их характеристика­ми, направлением и скоростью ветра и полями концентраций 3В. Наблюдения осуществляются на стационарных, передвижных и подфакельных постах. Стационарные посты оборудованы метеоро­логической аппаратурой и приборами для контроля за 3-4 приори­тетными веществами. Передвижные посты - лаборатории на коле­сах, служащие для уточнения мест расположения стационарных по­стов. Такое уточнение требуется в связи с динамичностью хозяйст­венной деятельности и изменениями характера застройки. Подфа-кельные посты следят за распространением выбросов из заводских труб, сообщая о случаях критических ситуаций особенно в условиях НМУ. Такие службы также снабжены передвижными лаборатория­ми.

Региональный мониторинг. Значительное удаление от предприятий приводит к тому, что уровни концентраций 3В оказываются ближе к фоновым, обычно в пределах ПДКсс или даже ниже. Аналитическая задача усложняется не только вследствие необходимости предварительного концентри­рования примесей, но и сильной вариабельности их величин и каче­ственного состава. Мониторинг в этом случае относится к аэроана­литическим задачам, в которых роль воздушных течений исключи­тельно велика. Необходим учет всей региональной деятельности, включая и сельскохозяйственную, при этом прямую связь между за­грязнением атмосферы и конкретными технологиями установить нелегко. Обычно приходится иметь дело с целым рядом вторичных веществ, возникших в результате фотохимических и биологических процессов.

Региональный мониторинг дает возможность стыковать дан­ные импактного и данные глобального фонового мониторинга, а также позволяет выявить основные пути распространения 3В на большие расстояния. Непосредственные сведения о состоянии за­грязнения атмосферы на региональном уровне могут быть получены по данным наблюдений в небольших населенных пунктах, располо­женных вдали от крупных городов, при условии, что источники за­грязнения воздуха в этих пунктах отсутствуют. Сведения о регио­нальном фоновом загрязнении атмосферы получаются также из данных сети постов наблюдений за трансграничным переносом за­грязняющих веществ.

Косвенным показателем состояния загрязнения атмосферы мо­гут служить данные о химическом составе проб атмосферных осад­ков и снежного покрова. Эти данные характеризуют загрязнения слоя атмосферы, в котором образуются облака, происходит газовый обмен и из которого выпадают осадки и сухие вещества в отсутст­вие осадков.

Данные о содержании веществ в снежном покрове являются важнейшим материалом для оценки регионального загрязнения ат­мосферы в зимний период на больших территориях страны и выяв­ления ареала распространения загрязняющих веществ от промыш­ленных центров и городов. Химический анализ содержания вредных веществ осуществляется методами, используемыми при исследова­нии либо проб атмосферных осадков, либо проб воздуха.

Глобальный мониторинг. Рост выбросов вредных веществ в атмосферу в результате процессов индустриализации и урбанизации ведет к увеличению со­держания примесей на значительном расстоянии от источников за­грязнения и к глобальным изменениям в составе атмосферы, что в свою очередь может привести к многим нежелательным последст­виям, в т.ч. и к изменению климата. В связи с этим необходимо оп­ределять и постоянно контролировать уровень загрязнения атмо­сферы далеко за пределами зоны непосредственного действия про­мышленных источников и тенденцию его дальнейших изменений.

Всемирной метеорологической организацией (ВМО) в шести­десятые годы была создана мировая сеть станций мониторинга фо­нового загрязнения атмосферы (БАТТМоН). Ее цель состояла в полу­чении информации о фоновых уровнях концентрации атмосферных составляющих, их вариациях и долгопериодных изменениях, по ко­торым можно судить о влиянии человеческой деятельности на со­стояние атмосферы.

Нарастающая острота проблемы загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе привела к созданию в семидесятые годы комитета ООН по окружающей среде (UNEP), которым было принято решение о создании Глобальной системы мониторинга ок­ружающей среды (ГСМОС), предназначенной для наблюдения за фоновым состоянием биосферы в целом и в первую очередь за про­цессами ее загрязнения.

Станции фонового мониторинга атмосферы (станции БАП-МоН) ответственны за проведение наблюдений и своевременную отправку полученных первичных данных в курирующие их управ­ления по гидрометеорологии (УГМ) и Главную геофизическую об­серваторию (ГТО) им. А.И.Воейкова.

На УГМ возлагаются задачи по обеспечению и контролю ра­боты фоновых станций, а также по внедрению на них предлагаемых для сети новых методов контроля фонового состояния атмосферы. ГГО является национальным научно-методическим центром работ по фоновому мониюрингу атмосферы в рамках программы БАП-МоН.

Размещение станций. Станции комплексного фонового мониторинга (СКФМ) по своим ландшафтным и климатическим ха­рактеристикам должно быть репрезентативным для данного регио­на.

После выбора района необходимо учесть имеющиеся на дан­ной территории источники загрязнения. При наличии крупных ло­кальных источников (административно-промышленных центров с населением более 500 тыс.человек) расстояние до наблюдательного полигона СКФМ должно составлять не менее 100 км. Если это вы­полнить невозможно, то следует расположить СКФМ таким обра­зом, чтобы повторяемость воздушного потока, обусловливающего перенос загрязняющих веществ от источника в направлении стан­ции, не превышала 20-30%.

СКФМ включает стационарный наблюдательный полигон и химическую лабораторию. Наблюдательный полигон составляют пробоотборные площадки, гидропосты и в ряде случаев наблюда­тельные скважины. На полигоне выполняется отбор проб атмосфер­ного воздуха и атмосферных осадков, вод, почв, растительности, а также проводятся гидрометеорологические и геофизические изме­рения.

Площадка размером 50x50 м, на которой размещаются пробо­отборные установки и измерительные приборы, называется опорной (базовой) площадкой фоновой станции. Она должна находиться на ровном участке ландшафта с малой степенью закрытости горизонта, вдали от строений, лесных полос, холмов и других препятствий, способствующих возникновению локальных орографических воз­мущений. Площадку оборудуют установками для отбора проб воз­духа, осадкосборниками, газоанализаторами, типовым комплектом метеорологических приборов.

Химическая лаборатория станции располагается на расстоя­нии не ближе 500 м от опорной площадки, в лаборатории проводят­ся обработка и анализ той части проб, которая не подлежит пере­сылке в региональную лабораторию: содержание в атмосферном воздухе взвешенных частиц (пыли), сульфатов и диоксида серы; из­мерение рН, электропроводности, концентрации анионов и катионов в атмосферных выпадениях.

Станции БАПМоН - фоновые станции подразделяются на три категории: базовые, региональные и континентальные.

Базовые станции следует располагать в наиболее чистых мес­тах, в горах, на изолированных островах. Основной задачей базовых станций является контроль за глобальным фоновым уровнем загряз­нения атмосферы, не испытывающем влияния никаких локальных источников.

Региональные станции должны находиться в сельской местно­сти, не менее чем в 40 км от крупных источников загрязнения. Их целью является обнаружение в районе станции долгопериодных ко­лебаний атмосферных составляющих, обусловленных изменениями в использовании земли и другими антропогенными воздействиями.

Континентальные станции охватывают более широкий спектр исследований по сравнению с региональными станциями. Они должны размещаться в отдаленных районах, чтобы в радиусе 100 км не было источников, которые могли бы повлиять на локальные уровни загрязнения.

2.3.3 Программы наблюдения на станциях комплексного фонового мониторинга

На станциях КФМ реализуется один из принципов фонового мониторинга - комплексное изучение содержания загрязняющих веществ в компонентах экосистем. В связи с этим программа на­блюдений на СКФМ включает систематические измерения содер­жания загрязняющих веществ одновременно во всех средах (см.Табл.Ю), дополненные гидрометеорологическими данными.

Перечень включенных в программу веществ составлен с уче­том таких их свойств, как распространенность и устойчивость в ок­ружающей среде, способность к миграции на большие расстояния, степень негативного воздействия на биологические и геофизические системы различных уровней.

В атмосферном воздухе подлежат измерению среднесуточные концентрации:

1) взвешенных веществ;

2) озона;

3) оксидов углерода и азота;

4) диоксида серы;

5) сульфатов;

6) 3,4- бенз(а)пирена;

7) ДДТ и других хлорорганических соединений;

8) свинца, кадмия, ртути, мышьяка;

9) показателя аэрозольной мутности атмосферы;

В атмосферных осадках подлежат измерению в суммарных месячных пробах концентрации:

1) свинца, ртути, кадмия, мышьяка;

2) 3,4-бенз(а)пирена;

3) ДДТ и других хлорорганических соединений –РН;

4) анионов и катионов.

Метеорологические наблюдения включают наблюдения за:

1) температурой и влажностью воздуха;

2) скоростью и направлением ветра;

3) атмосферным давлением;

4) облачностью (количеством, формой, высотой);

5) солнечным сиянием;

6) атмосферными явлениями (туман, метели, грозы, пыльные бури);

7) атмосферными осадками (количеством и интенсивностью);

8) снежным покровом (высотой, содержанием влаги);

9) температурой почвы (на поверхности и в глубине);

10) состоянием поверхности почвы;

11)радиацией (прямой, рассеяннной, суммарной и отраженной) и радиационным балансом;

12)градиентами температуры, влажности и скорости ветра на высоте 0,5- 10м;

13) градиентами температуры, влажности почвы на глубине 0-20см;

14) тепловым балансом.

В обязательную программу наблюдений на базовых станциях БАПМоН включены наблюдения за содержанием диоксида серы, аэрозольной мутностью атмосферы, радиацией, взвешенными аэро­зольными частицами, химическим составом осадков (Таблица 2.6).

На региональных станциях программа наблюдения включает измерение атмосферной мутности, концентрации взвешенных аэрозольных чястиц, определение химического состава атмосферных осадков.

Любые наблюдения по программе фонового мониторинга должны сопровождаться обязательными метеорологическими наблюдениями. Поэтому фоновые наблюдения желательно проводить на базе метеорологических станций.

Таблица 2.6 – Список компонентов, подлежащих контролю на СКФМ





Дата публикования: 2015-01-23; Прочитано: 1334 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!



studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.013 с)...