Специальные методы и приборы измерения и контроля состояния окружающей природной среды

Достоверность информации о состоянии и уровне загрязнений объектов окружающей природной среды зависит от подбора методов измерения и контроля соответствующих показателей.

В процессе исследования состояния природной среды используются методы качественного (диагностируется наличие определенного химического элемента или соединения) и количественного (определяют концентрацию химического элемента или соединения) анализов природной среды.

В первом случае диагностируется факт наличия в ОПС химического элемента или соединения.

К настоящему времени разработано большое количество разнообразных средств измерения. Их подразделяют на меры, контрольно-измерительные приборы и измерительные приспособления.

Мерами называют тела, вещества и устройства, предназначенные для конкретного воспроизведения единицы измерения или определенного, заранее установленного, размера.

Контрольно-измерительные приборы – это устройства, которые служат для прямого или косвенного сравнения измеряемой величины с мерой.

Измерительные приспособления обеспечивают сравнения измеряемой величины с контрольной.

Контрольно-измерительные приборы классифицируются по способу получения результатов измерения, способу отсчета показателей и характеру применения.

По способу получения результатов измерения различают приборы сравнения, показывающие и суммирующие.

Приборы сравнения (компарирующие) предназначены для непосредственного сравнения измеряемой величины с мерой. К ним относятся рычажные весы с гирями, лабораторные потенциометры и др.

Показывающие приборы служат для определения значения измеряемой величины (например, давления, температуры) по отсчетным приспособлениям (шкале, цифровому указателю и др.), предварительно проградуированным путем прямого или косвенного сравнения с мерой. Показывающие приборы являются наиболее многочисленными.

Суммирующие приборы показывают суммарное значение измеряемой величины за время действия прибора (например, расходомеры).

По способу отсчета показания различают приборы с непосредственным отсчетом и с управляемым отсчетом.

Приборы с непосредственным отсчетом дают показания автоматически, без участия наблюдателя (амперметры, термометры, автоматические потенциометры и др.). Приборы с управляемым отсчетом требуют для получения отсчета некоторых операция по наладке и регулировке их отсчетных устройств (неавтоматические мосты, оптические пирометры и др.).

По характеру применения измерительные приборы подразделяются на

указывающие, самопишущие (регистрирующие), сигнализирующие и регулирующие.

Указывающие приборы позволяют наблюдателю производить отсчет измеряемой величины только в данный момент. Самопишущие приборы имеют специальные приспособления для включения звуковой или световой сигнализации, когда измеряемая величина достигает заданного значения. Регулирующие приборы предназначены для поддержания значения измеряемой величины–параметра на заданном уровне или по заданной программе в соответствии с требованиями технологического процесса (например, регуляторы уровня, температуры и др.).

По метрологической классификации меры и измерительные приборы подразделяются на образцовые и рабочие.

Образцовые меры и измерительные приборы предназначены для воспроизведения единиц измерения, проверки и градуировки рабочих измерительных приборов. Рабочие меры и измерительные приборы служат для измерении в производственных условиях.

Для ориентации в многообразии разработанных на сегодняшний день приборов измерения целесообразно воспользоваться классификацией Голицына А.Н., которая проведена по следующим признакам:

по видам исследуемой среды:

· приборы для измерения концентрации вредных примесей в атмосфере (газоанализаторы различного типа, хроматографы, масс-спектрометры);

· приборы для определения качества воды (фотоэлектрокалориметры, ионометры, рефрактометры);

· приборы для исследования состояния почвы и твердых веществ (спектрометры, флуориметры, радиометры);

по методам получения информации:

· химические (реактивы и оборудование стационарных химических лабораторий, так называемая «мокрая химия»);

· физико-химические;

· оптические (спектрофотометры, фотоэлектрокалориметры, ионометры);

· электрохимические (ионометры, кондуктометры, полярографы);

· хроматографические (жидкие и газовые хроматрографы, а также различные хроматографические колонки);

· физические;

· радиометры и дозиметры;

· электромагнитометры;

· масс-спектрометры;

· шумомеры;

по условиям применения:

· стационарные приборы (для атомного и молекулярного спектрального анализа, хроматографы); это прецезионные (точные) приборы, которые требуют специальных условий для работы и подготовки обслуживающего персонала;

· персональные приборы экологического контроля (чаще всего они называются приборами экспресс-анализа и используются, в частности, в передвижных экологических лабораториях); эти приборы (радиометры, нитратомеры, комплекты для качественного анализа воды и почвы) имеют невысокую точность, но для проведения простейших экологических работ, вполне могут использоваться;

по учебно-производственному принципу:

· приборы 2-го учебно-профессионального уровня (основной уровень), предназначенные для реализации профессионального экологического образования по специальности «Техник-эколог»;

· приборы 3-го профессионального уровня, применяемые в промышленности, подразделениями Госсанэпиднадзора и в науке; это дорогие и точные приборы, для их обслуживания необходима специальная подготовка.

Перечисленное оборудование достаточно полно описано в различных изданиях.

Методы количественного анализа состояния окружающей природной среды в зависимости от параметров, подлежащих измерению, подразделяются на химические, физико-химические, физические и биологические.

Выбор конкретного метода исследования зависит от содержания анализируемого вещества и сферы природной среды (почва, вода, воздух), в которой проводятся измерения.

При выборе методов и средств их эффективность должна оцениваться совокупностью таких показателей, как селективность и точность определения, воспроизводимость получаемых результатов, чувствительность определения, пределы обнаружения элемента и экспрессность выполнения анализа. Кроме того, методы должны обеспечивать проведение анализа в широком интервале концентрации элементов (включая следовые).

Перечень некоторых методов измерения и область их применения представленных в табл. 3.20. Среди них химическими методами являются титрометрический и гравиметрический; физико-химическими методами – фотометрический анализ, хроматографический анализ, электрохимические методы анализа (потенциометрия, вольтамперометрия); физическими (инструментальными) - фотометрический метод, атомно-абсорбционный спектральный анализ, масс-спектрометрия метод.

Для контроля и комплексной оценки состояния окружающей среды перспективным направлением является использование биологических методов наблюдения.

Основой биологических и биохимических методов анализа (биоиндикации) количества химических веществ (соединений) в окружающей природной среде является исследование реакция растений, животных и микроорганизмов на воздействие определенного фактора. Оценивается изменение активности ферментов, проницаемости мембран, отдельных органов, систем, организма в целом, популяции, экосистемы. Наиболее часто определяют активность ферментов, обладающих высокой чувствительностью. В первую очередь, с этой целью проводится оценка изменений растительного покрова, а также состояния фитопланктонного сообщества водных объектов.

Растительность служит индикатором реакции природной среды на все виды воздействий, и, в частности, при добычи и переработке полезных ископаемых.

Состояние наземной растительности качественно характеризует загрязнение воздушного бассейна и почвенного покрова в районе расположения промышленных предприятий. Известен ряд болезней многих видов растений, приобретающих массовое распространение при загрязнении атмосферного воздуха, а также поверхностных и подземных вод. Многие из них проявляются, а следовательно, контролируются внешние и поэтому обнаруживаются в явной форме(некроз, угнетение и уничтожение отдельных видов растений, суховершинность хвойных деревьев, гигантизм или, наоборот, карликовые формы и др.).

Одновременно в настоящее время получают распространение методы контроля растительного покрова, основанные на анализе морфологических признаков.

Наблюдения за растительностью выполняются совместно с фиксированием величин показателей загрязнения и нарушения.

Таблица 3.20 – Методы определения определенных компонентов в объектах окружающей среды

Метод	Определение ингредиентов в объектах ОПС
В грунтах, донном иле	В природных водах	В воздухе (газах и аэрозолях)
Гравиметрический	Влажность, минеральный остаток SiO2, Ai2O3, Fe2O3 карбонаты	SO4^2-, нефтепродукты, минеральный остаток, взвешенные вещества	Запыленность, содержание пылевых частиц
Титрометрический	CO3^2-, HCO3^-, Cl^-, SO4^2-, Ca, Mg	Диоксид углерода (растворенный), CO2, CO3^2-, SO4^2, Cl^-, H2S, NH4^+ жесткость воды (общая и карбонатная), XПK, БПК5	CO, CS2, SO2, HCl, HNO3, Al, Fe, Pb, пестициды, некоторые органические соединения
Фотометрический	NO2^-, NO3^-, F^-, PO4^3-, Al, Hg, Cu. NH4^+	Цвет, органические вещества, H2S, NO2^-, NO3^-, P (неорг.), Al, Cu, Fe	CO, CS2, SO2, HCl, HNO3, Al, Fe, Pb, пестициды, некоторые органические соединения
Люминисцентный	нефтепродукты	Нефтепродукты, хлорорганические, ароматические соединения, спирты, ацетон	Смолистые вещества, ароматические углеводы, кетоны
Фотометрия пламени	Na, K,	Li, Na, K, Ca	Li, Cs, K
Эмиссионная спектрометрия	Металлы микроэлементы, бор	Li, Na, K, Ca, Sr, Ba, Cu, Al, Fe, Pb	Be
Атомно-абсорционная спектроскопия	Cu, Ni, Zn, Hg, Pb, Cr	Ca, Mg, Cu, Pb, Hg та др.	Hg, Cd, Sr, Cu, Pb др.
Кинетические и хемилюмисцентные	Катионы тяжелых металлов	Mn, Cu, Ni, Fe, (lll), аминокислоты	Озон
Потенциометри-ческие	pH, F^-, NO3^-, K, Ca	pH, F^-, NO3^-, K, Sr, Cu, Cl^-, окислительно-восстановительный потенциал	HF, ненасыщенные органические соединения
Радиометрические	Sr-90,Cs-137, U-238	Sr-90, Cs-137, U-238, Pu-239	Sr-90, Cs-137
Хроматографические	Нефтепродукты, хлорорганические соединения	Na, K, NH4^+, Mg, SO4^2, Cl^-, Ca, органические соединения	CO, Co2, CO3, SO2, Cl2, CCl4, Al, Cu, органические соединения

Оценка корреляционных процессов – главный элемент биологического контроля, так как деградация растительности может быть следствием как совокупности большого количества равнозначных факторов ухудшения состояния среды, так и действия единственного источника. Чаще других коэффициент корреляции рассчитывают между величинами нарастания воздействий и ростом плотности увядающих экземпляров растений на контрольных (ключевых) площадках, которые используются такие для других видов наблюдения за состоянием природной среды. В качестве контролируемых показателей используют: видовое обилие растительных группировок; продолжительность фаз вегетационного периода; встречаемость патологических форм отдельных растений; полнота, интенсивность возобновления и роста сообществ.

Измерению подлежат количество экземпляров растений определенного вида, возраст древесных пород, их продуктивность (по годовому приросту биомассы), высота верхнего яруса, расстояние между отдельными деревьями. Кроме того, с помощью специальных сортаментных таблиц, шкал и графиков в относительных единицах оцениваются плотность и интенсивность роста многолетних растений. Травянистая растительность контрольной площадки и эталона сопоставляются по высоте и плотности покрытия в фиксированные фазы вегетационного развития. Опыт показал, что наиболее чувствительны к загрязнению лишайники, которые перспективны для реализации метода биоиндикации. Это связано с тем, что они впитывают всей своей поверхностью дождевую и атмосферную влагу вместе с растворенными в воде компонентами, которая в загрязненных районах всегда подкислена. В зависимости от чувствительности к загрязнению их делят на 10 классов палеотолерантности. Наиболее выносливые к загрязнению относят к 10 классу. Хорошими индикаторами загрязнения являются также мхи.

Оценка угнетения растительности представляется в виде карты-схемы с указанием зон различной степени угнетения (поражения) растительности. Полученные результаты используются также для уточнения визуальной оценки степени нарушенности почвенного покрова.

Состояние фитопланктонного сообщества оценивается с помощью систематических гидрологических и гидрохимических наблюдений, а также по гидробиологическим показателям.

Гидробиологические показатели – количественные и качественные характеристики разных групп водного населения, которые используются для оценки эколого-санитарного состояния водных экосистем.

Гидробиологические наблюдения дополняют информацию, полученную с помощью гидрологических, гидрохимических и химических наблюдений. Они дают возможность:

· определять экологическое состояние водных объектов;

· оценивать качество поверхностных вод как среды жизни организмов, которые населяют водоемы, водотоки;

· определять суммарный эффект действия загрязняющих веществ;

· определять специфический химический состав воды, его происхождение.

В настоящее время не существует усредненного гидробиологического показателя загрязненности водных объектов. Качество воды оценивают в рамках важнейших методологически подходов: биоиндексации и биотестирования, т.е. реакции гидробионтов на загрязнение.

Индикаторами-гидробионтами являются зообентос (совокупность донных животных), перифитон (обрастания на камнях, скалах, сваях и др.), зоопланктон (совокупность животных, преимущественно ракообразных, обитающих в толще вод и неспособных противостоять течениям) и фитопланктон (совокупность микроскопических растений (главным образом водоросли), обитающих в толще, пассивно передвигающихся под воздействием течения).

Гидробиологические наблюдения проводят по сокращенной и полной программам.

В пунктах I и II категорий наблюдения по гидробиологическим показателям рекомендуют проводить ежемесячно по сокращенной программе и ежеквартально по полной программе. В пунктах III категории наблюдения проводят ежемесячно по сокращенной программе только в вегетационный период и ежеквартально по полной программе; в пунктах IV категории наблюдения следует проводить ежеквартально по полной программе.

В зависимости от выбранной программы используется различное количество показателей гидробиологических наблюдений. Наибольшее их количество предусматривается по полной программе, а именно:

· в отношении фитопланктона: общее количество клеток (10³ клеток/см³, клеток/мл); общая биомасса (мг/дм³; мг/л); количество основных групп (10³ клеток/см³, клеток/мл); биомасса основных групп (мг/дм³; мг/л); количество видов в группе; массовые виды и виды-индикаторы сапробности, под которой понимается степень насыщенности воды органическими веществами, способными разлагаться (наименование, доля в общем количестве).

· в отношении зоопланктона: общее количество организмов (экз/м³); общее количество видов; общая биомасса (мг/м³); численность основных групп (мг/м³); биомасса основных групп (мг/м³); количество видов в группе; массовые виды виды-индикаторы сапробности (наименование, доля в общем количестве, сапробность);

· в отношении зообентоса: общая численность (экз/м³); общее количество видов; общая биомасса (г/м² количество групп по стандартному разделу; количество видов в группе; численность основных групп (мг/м); биомасса основных групп (мг/м²);массовые виды и виды – индикаторы сапробности (наименование, доля в общей численности, сапробность);

· в отношении перифитона: общее количество видов; массовые виды, частота повторяемости, сапробность; микробиологические показатели; общее количество бактерий (10⁶ клеток/см³, клеток/мл).

Точность и качество наблюдений обеспечивают правильный отбор проб.

3.3.3Организация наблюдений за состоянием окружающей природной среды (общие сведения)

Организация наблюдений за состоянием ОПС предполагает постановку комплекса задач, который включает сбор информации, сравнение ее с нормативными величинами показателей качества исследуемых сред (атмосферы, гидросферы, почвы) и оценку эффективности применяемых природоохранных мероприятий.

Поставленные задачи решаются в рамкахдвух систем, тесно связанных между собой:

· системы наблюдений;

· системы контроля.

Первая система наблюдений за состоянием ОПС обеспечиваетнаблюдения за качеством природных сред на урбанизированных территориях, размещенных вне пределов зоны воздействия конкретных источников загрязнения. Она имеет многоведомственную структуру. Режимные наблюдения за состоянием природных ресурсов осуществляют десять министерств и ведомств:

· Министерство охраны окружающей природной среды Украины;

· Национальное космическое агентство Украины;

· Министерство охраны здоровья Украины;

· Министерство аграрной политики Украины;

· Министерство лесного хозяйства Украины;

· Государственный комитет Украины по гидрометеорологии;

· Государственный комитет Украины по водному хозяйству;

· Государственный комитет Украины по геологии и использованию недр;

· Государственный комитет Украины по земельным ресурсам;

· Государственный комитет Украины по жилищно-коммунальному хозяйству.

Они имеют ведомственные сети наблюдения, информационные каналы для передачи данных, центры обработки, анализа и хранения информации. Составной частью информационного потока, которая поступает с ведомственных сетей наблюдений, обязательно является экологическая составляющая.

На территории Украины министерства и ведомства осуществляют наблюдения за:

Министерство охраны природной среды Украины (Минприроды Украины):

· источниками промышленных выбросов в атмосферу и соблюдением норм предельно допустимых выбросов;

· источниками сбросов сточных вод и соблюдением норм временно согласованных сбросов и предельно допустимых сбросов;

· состоянием поверхности вод суши;

· состоянием почв сельскохозяйственных угодий с определением остаточного количества в них пестицидов и тяжелых металлов;

· сбросами и выбросами из объектов, на которых используется радиационно-опасные технологии;

· состоянием наземных и морских экосистем.

Национальное космическое агентство Украины (НКАУ):

· состоянием озонового слоя в атмосфере;

· загрязненностью атмосферы; -загрязненностью почв;

· состоянием и загрязнением поверхностных вод;

· снежным покровом;

· состоянием лесов;

· состоянием сельскохозяйственных посевов;

· запасами влаги в почве;

· радиационным состоянием.

Министерство охраны здоровья Украины (МОЗ Украины) выполняетвыборочные наблюдения за:

· уровнем загрязнения атмосферного воздуха в местах проживания населения;

· состоянием поверхностных вод суши в местах использования их населением;

· состоянием морских вод в рекреационных зонах;

· химическим и биологическим загрязнением почв на территории населенных пунктов и хозяйственно-бытовыми отходами;

· интенсивностью физических факторов (шум, электромагнитные поля, радиация, вибрация, и др.);

· состоянием здоровья населения и влиянием на здоровье загрязнения окружающей природной среды.

Министерство аграрной политики Украины (Минагрополитики Украины):

· радиологическим, агрохимическим и токсикологическим состоянием почв сельскохозяйственного использования;

· токсикологическим и радиологическим состоянием сельскохозяйственных растений и продуктов из них;

· зоотехническим, токсикологическим и радиологическим состоянием сельскохозяйственных животных и продуктов из них.

Министерство лесного хозяйства Украины (Минлесхоз Украины):

· состоянием лесов, почв в лесах;

· состоянием охотничьей фауны в лесах.

Государственный комитет Украины по гидрометеорологии (Госкомгидромет Украины):

· состоянием атмосферного воздуха (включая наблюдение за трансграничным переносом загрязняющих веществ);

· атмосферными осадками;

· метеорологическими условиями;

· аэрологическими параметрами (на аэрологических станциях);

· состоянием поверхностных вод суши;

· состоянием подземных вод;

· состоянием и режимом морских вод;

· состоянием почв;

· состоянием озонового слоя в верхней части атмосферы;

· радиационной обстановкой (на пунктах радиометрической сети наблюдений и в районах деятельности АЭС);

· состоянием сельскохозяйственных посевов, запасами влаги в почве и агрометеорологическими условиями формирования урожая

Государственный комитет Украины по водному хозяйству (Госводхоз Украины).

· радиологическим и гидрохимическим состоянием вод (на водохозяйственных системах комплексного назначения, в системах межотраслевого и сельскохозяйственного водоснабжения, в зонах влияния атомных электростанций);

· состоянием почв в пределах влияния мелиоративных систем;

· переформированием берегов и гидрогеологическим состоянием в прибрежных зонах водохранилищ;

· учетом ресурсов поверхностных вод.

Государственный комитет Украины по геологии и использованию недр (Госкомгеологии Украины):

· подземными водами с оценкой их ресурсов;

· эндогенными и экзогенными процессами;

· состоянием геологической среды и его изменениями под воздействием хозяйственной деятельности.

Государственный комитет Украины по земельным ресурсам (Госкомзем Украины):

· структурой землепользования;

· трансформацией земель в зависимости от их целевого назначения;

· состоянием и качеством почв и загрязнением ландшафтов;

· состоянием растительного покрова земель;

· восстановлением нарушенных земель;

· состоянием орошаемых и осушенных земель, а также земель с признаками вторичного подтопления и засоления;

· состоянием береговых линий рек, морей, озер, водохранилищ, лиманов, заливов.

Государственный комитетУкраины по жилищно-коммунальному хозяйству (Госжилкомунхоз Украины):

· качеством питьевой воды централизованных систем водоснабжения городов и поселков городского типа;

· состоянием сточной и воды городской канализационной сети;

· состоянием зеленых насаждений городов и поселков городского типа;

· проявлениями опасного поднятия уровня грунтовых вод в пределах городов и поселков городского типа.

В соответствии с законом Украины «Об охране окружающей природной среды», а также рядом других актов и положений министерства ведомства, которые осуществляют режимные наблюдения за состоянием природных ресурсов, предоставляют Министерству охраны окружающей среды экологическую информацию.

Представленная информация обобщается и анализируется подразделениями и научными организациями Минприроды Украины и ежегодно публикуется в Национальном докладе о состоянии окружающей природной среды страны.

Кратко остановимся на особенностях сети наблюдений некоторых министерств и ведомств, которые обобщены Максименко Н.В, Заднипровским В.В. и Клименко О.М. в работе «Організація управління в екологічній діяльності» под общей редакцией Некоса В.Е.

Государственный комитет Украины по гидрологии. В настоящее время этот комитет является базовым ведомством, которое проводит систематические фоновые наблюдения за состоянием атмосферы и гидросферы на территории Украины и имеет наиболее развитую приборную и методическую базу для их обеспечения. В его составе выделяются три сети наблюдений: метеорологическую, гидрологическую и гидрохимическую.

Метеорологическая сеть наблюдений. В ее состав входит около 180 пунктов, расположенных на территории Украины, где проводятся режимные наблюдения за элементами и параметрами атмосферных процессов. Для наиболее объективного отображения состояния атмосферы пункты наблюдений расположены с учетом климатических условий разных регионов. Они распределены в основном по главным речным бассейнам таким образом: р. Днепр – 63, Днестр – 20, Южный Буг – 21, Северский Донец – 10.

В процессе наблюдений выполняются: измерение физических параметров атмосферы, облачности, осадков, характеристик ветра, определение температуры и состояния подстилающей поверхности на разных глубинах, наблюдение за снежным покровом и атмосферными явлениями, определение зон опасных явлений, температурно-ветровое зондирование с помощью радиолокационных станций, определение размеров явления, его отличий, скорость перемещения и др.

Гидрологическая сеть наблюдений. Состоит из 380 речных и 60 озерных постов. На 94 % речных постов наблюдается сток воды, на других осуществляются измерение и регистрация уровней воды. Сток измеряется на 50 % от общего количества постов, что составляет около 170 постов. Сеть наблюдений за загрязнением морских вод включает 175 станций (988 горизонтов) измерения.

Для организационно-методического и технического руководства гидрологические посты Госкомгидромета Украины закреплены за 28 сетевыми организациями, в числе которых 11 областных центров по гидрометеорологии, две гидрометеообсерватории, четыре гидрологических, шесть озерных, две селестоковых, две водобалансовые и одна болотная станции.

Первичная информация с постов поступает в оперативно-производственные организации для анализа, обобщения и подготовки материалов Государственного водного кадастра.

Виды гидрологических наблюдений, которые осуществляются на станциях и постах Госкомгидромета Украины:

· гидрологические наблюдения на реках;

· гидрологические наблюдения на озерах и водохранилищах;

· морские гидрологические наблюдения (прибрежные);

· судовые наблюдения;

· специальные гидрометеорологические наблюдения.

Кроме этого, Госкомгидромет Украины выполняет некоторые виды специальных наблюдений:

· за грунтовыми водами в скважинах;

· геофизические (актинометрические);

· за загрязнением природной среды.

Гидрохимическая сеть наблюдений. Охватывает всю территорию Украины. Наблюдения осуществляются на 188 водных объектах, в том числе рек – 160, озер – 7, водохранилищ – 20. Общее количество пунктов около 240, гидрохимических створов около 320.

Главная цель наблюдений за уровнем загрязнения вод – получение информации о качестве вод, необходимой для осуществления мероприятий по охране и рациональному использованию водных ресурсов.

Главными объектами при выборе мест для пунктов наблюдения за уровнем загрязнения вод являются:

· сбросы сточных и ливневых вод городов и населенных пунктов в водные объекты;

· сбросы сточных вод отдельными промышленными предприятиями;

· участки рек около дамб;

· конечные створы больших и средних рек, которые впадают в моря и внутренние водоемы;

· створы на реках, которые пересекают границы Украины.

Пункты стационарной сети наблюдений разделены на четыре категории. Программы наблюдений, в зависимости от категории пунктов, отличаются по объему показателей и срокам наблюдений.

---

Дата добавления: 2015-07-14