Наблюдения и контроль состояния атмосферного воздуха

Мониторинг состояния атмосферного воздуха подразделяется на две системы: наблюдения и контроля. Первая система обеспечивает наблюдение за качеством атмосферного воздуха в городах, населённых пунктах и территориях, расположенных вне зоны влияния конкретных источников загрязнения. Вторая система обеспечивает контроль источников загрязнения и регулирования выбросов вредных веществ в атмосферу. Реализация первой задачи возложена на Госкомгидромет, а второй – на Министерство природных ресурсов.

Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха поводят в районах интенсивного техногенного воздействия (городах, промагломерациях) и в районах, удалённых от источников загрязнения (фоновых районах).

Сеть фоновых станций, расположенная на территории РФ, включена в ГСМХ. Информация, получаемая с фоновых станций, позволяет оценивать состояние и тенденции глобальных изменений загрязнения атмосферного воздуха.

На станциях фонового мониторинга наблюдения за качеством атмосферного воздуха осуществляются по физическим, химическим и биологическим показателям. Необходимость организации контроля загрязнения атмосферного воздуха в зоне интенсивного антропогенного воздействия определяется предварительными экспериментальными и теоретическими исследованиями с использованием методов математического и физического моделирования.

Для получения репрезентативной информации о пространственно-временной изменчивости загрязнения воздуха проводится рекогносцировка – предварительное обследование состояния атмосферного воздуха на определённой территории с помощью передвижных средств (передвижной лаборатории, производящей отбор и анализ проб воздуха). Такой метод позволяет выявить границы промышленных комплексов, зоны их влияния. В результате обработки полученной информации устанавливаются границы, спектр и контрастность загрязнения атмосферного воздуха, разрабатывается схема размещения стационарных постов наблюдения. Пост наблюдений может давать информацию об общем состоянии воздушного бассейна и осуществлять контроль за источниками выбросов.

На постах наблюдений в обязательном порядке измеряются основные, наиболее часто встречающиеся загрязняющие воздух вещества: пыль, SO₂, CO, NO_X. Выбор других веществ, требующих контроля, определяется спецификой производства и выбросов в данной местности и частотой превышений ПДК.

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. Место 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 анализируются: 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 и 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. Так, например, исходя из численности населения, количество постов определяется следующим образом:

Для населенных пунктов со сложным рельефом и большим числом источников рекомендуется устанавливать один пост на каждые 5—10 км². Чтобы информация о загрязнении воздуха учитывала особенности города, рекомендуется ставить посты наблюдений в различных функциональных зонах—жилой, промышленной и селитебной. В городах с большой интенсивностью движения автотранспорта посты устанавливаются также вблизи автомагистралей.

Для обеспечения оптимальных условий проведения стационар­ных наблюдений отечественной промышленностью выпускаются стандартные павильоны — посты наблюдений или комплектные лаборатории типа ПОСТ. Лаборатория ПОСТ — это утепленный, обитый дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха, проведения метеорологических измерений: скорости и направления ветра, температуры, влажности. Практически все стационарные пункты контроля загрязнения оборудованы комплектными лабораториями ПОСТ-1, ПОСТ-2 и ПОСТ-2а. Общее количество одновременно отбираемых проб за одно обслуживание на ПОСТ-1 составляет 9, на ПОСТ-2—38. Кроме того, ПОСТ-2 оснащен автоматизированным прибором «Компонент» с узлом отбора проб для определения запыленности воздуха. ПОСТ-2 оборудован также автоматическим прибором контроля относительной влажности и температуры с самописцем. В лабораториях ПОСТ-1 и ПОСТ-2 могут устанавливаться газоанализаторы.

На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеорологическими параметрами должны проводиться круглогодично, во все сезоны, независимо от погодных условий. Для постов наблюдений, как правило, устанавливаются три программы наблюдений: полная, неполная и сокращенная. По полной программе наблюдения проводятся ежедневно (выходные — воскресенья, субботы — чередуются) в 1, 7, 13 и 19 ч местного декретного времени либо по скользящему графику: вторник, четверг, суббота — 7, 10, 13 ч, понедельник, среда, пятница — 15, 18, 21 ч. Наблюдения по первой программе предусматривают измерения содержания в воздухе как основных, так и специфических загрязняющих веществ. По неполной программе наблюдения проводятся ежедневно (воскресенья и субботы чередуются), но только в 7, 13 и 19 ч местного декретного времени.

В районах, где температура воздуха ниже 45 °С, наблюдения проводятся по сокращенной программе ежедневно, кроме воскресенья, в 7 и 13 ч по местному декретному времени. Наблюдения по сокращенной программе допускается проводить также в местах, где средние месячные концентрации меньше 1/20 ПДК м. р. или меньше нижнего предела диапазона измерений примеси используемым методом.

При неблагоприятных метеорологических условиях (туман, продолжительная инверсия температур и др.) отбор проб воздуха на всех постах наблюдений должен производиться через каждые 3 ч. Одновременно следует отбирать пробы под факелами основных источников загрязнения на территории наибольшей плотности населения. Подфакельные наблюдения осуществляются за характерными для данного предприятия примесями.

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, серийно выпускаемых промышленностью. Такая 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.

Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника. Подфакельные наблюдения осуществляются по специально разрабатываемым программам и маршрутам за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия. Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере. Отбор проб воздуха производится последовательно по направлению ветра на расстояниях 0,2 — 0,5, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 15 и 20 км от стационарного источника выброса, а также с наветренной стороны источника. Наблюдения под факелом проводятся за типичными для данного предприятия ингредиентами с учетом объема выбросов и их токсичности. В зоне максимального загрязнения (по данным расчетов и экспериментальных замеров) отбирается не менее 60 проб воздуха, а в других зонах минимум должен быть не меньше 25. Отбор проб воздуха при проведении подфакельных наблюдений производится на высоте 1,5 м от поверхности земли в течение 20 — 30 мин не менее чем в трех точках одновременно. В течение рабочего дня под факелом можно отобрать пробы последовательно в 5 — 8 точках.

Одним из основных элементов анализа качества атмосферного воздуха является отбор проб. Если отбор проб выполнен неправильно, то результаты самого тщательного анализа теряют всякий смысл. Отбор проб атмосферного воздуха осуществляется аспирационным способом путем пропускания воздуха через поглотительный прибор с определенной скоростью или заполнения сосудов ограниченной емкости. Для исследования газообразных примесей пригодны оба метода, а для исследования примесей в виде аэрозолей (пыли) — только первый.

В результате пропускания воздуха через поглотительный прибор осуществляется концентрирование анализируемого вещества в поглотительной среде. Для достоверного определения концентрации вещества расход воздуха должен составлять десятки и сотни литров в минуту. Пробы подразделяются на разовые и среднесуточные. Обычно для получения средних суточных значений концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе пробы воздуха отбирают в 7,13,19,01 ч по местному декретному времени. Наилучшим способом получения среднесуточных концентраций является непрерывный отбор проб воздуха в течение 24 часов.

Наблюдения за химическим составом природных вод в нашей стране стали выполняться в системе гидрометслужбы СССР с 1936 г., а, начиная с 1964 г., сеть приступила к наблюдениям за состоянием качества поверхностных вод. С созданием единой государственной службы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) наблюдения за качеством поверхностных вод вступили в следующий, качественно новый этап — этап систематического контроля за загрязнением вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям.

Основными задачами выполняемых в рамках ЕГСЭМ наблюдений качества поверхностных вод являются:

▪ систематическое получение как отдельных, так и обобщенных во времени и пространстве данных о качестве воды;

▪ обеспечение Госкомприроды РФ, а также заинтересованных организаций систематической информацией о качестве воды водоемов и водотоков и экстренной информацией о резких изменениях загрязненности воды.

Основным принципом организации наблюдений является их комплексность, которая предусматривает согласованную программу работ по гидрохимии, гидрологии и гидробиологии, обеспечивающую наблюдения за качеством воды по физическим, химическим, гидробиологическим показателям и проведение сопутствующих микробиологических работ. Необходимым условием является также синхронность всех систем наблюдений, систематичность проведения и согласованность сроков проведения наблюдений.

Наиболее важным этапом организации работ по наблюдению за загрязнением поверхностных вод является выбор местоположения пункта наблюдений. Под пунктом наблюдений качества поверхностных вод следует понимать место на водоеме или водотоке, в котором производится комплекс работ для получения данных о качестве воды. Пункты наблюдений организуются в первую очередь на водоемах и водотоках, имеющих большое народнохозяйственное значение, а также подверженных значительному загрязнению сточными водами предприятий энергетики и промышленности, хозяйственно-бытовыми стоками, а также стоками с сельскохозяйственных угодий и животноводческих комплексов. Кроме того, на водных объектах с незначительным загрязнением создаются пункты для фоновых наблюдений за содержанием загрязняющих веществ в природных объектах.

Пункты наблюдений качества водоемов и водотоков подразделяются на четыре категории. Категории пунктов и их расположение определяются в установленном порядке с учетом комплекса факторов: народнохозяйственного значения водного объекта, качества воды, размера и объема водоема, размера и водности водотока, данных о режимах (водный, ледовый, термический), физико-географических признаках.

Помимо этого, при расположении пунктов наблюдений следует учитывать состояние и перспективы использования водоема или водотока на основании предварительных обследований. Предварительные обследования на участках водоемов и водотоков являются важным этапом в организации пунктов наблюдений, так как определяют направление дальнейших работ в пункте. Цели предварительных обследований:

● определение состояния водного объекта, сбор и анализ сведений о водопользователях, выявление источников загрязнения, количества, состава и режима сбросов сточных вод в водоем или водоток;

● определение расположения пунктов наблюдений, створов наблюдений, вертикалей и горизонтов в них;

● установление характеристик для данного водоема или водотока загрязняющих веществ и биотопов;

● составление программы работ.

На основе имеющихся материалов составляется карта-схема водоема, водотока или их частей с нанесенными источниками загрязнения и местами сброса сточных вод. После этого намечается местоположение пунктов и створов наблюдений. Затем выполняется обследование водоема или водотока, во время которого исследуются источники загрязнения (место, характер, режим сброса сточных вод, их количество и состав), а также отбираются пробы воды для определения в них гидрохимических и гидробиологических показателей с целью выявления характерных для данного пункта загрязняющих веществ.

Количество и местоположение пунктов наблюдения за качеством вод водотоков и водоемов должны обеспечить получение информации, необходимой для выполнения задач, поставленных перед сетью ЕГСЭМ. Пункты наблюдений включают в себя один или несколько створов. Под створом пункта наблюдений следует понимать условное поперечное сечение водоема или водотока, в котором производится комплекс работ для получения данных о качестве воды. Створы наблюдений размещаются с учетом гидрометеорологических условий и морфологических особенностей водоема или водотока, расположения источников загрязнения, объема и состава сбрасываемых сточных вод и интересов водопользователей.

При наблюдении качества вод всего водоема устанавливается не менее трех створов, по возможности равномерно распределенных по его акватории с учетом береговой линии. При наблюдении по отдельным участкам водоема створы располагаются следующим образом:

○ на водоемах с интенсивным водообменом (свыше 5,0 усл. ед.) один створ — выше источника загрязнения, вне зоны его влияния, остальные створы (не менее двух) — ниже источника загрязнения или последнего по течению из группы источников загрязнения на расстоянии 0,5 км от места сброса сточных вод и непосредственно за границей зоны загрязнения;

○ на водоемах с умеренным (от 0,1 до 5,0) и замедленным (до 0,1) водообменом один створ —вне зоны влияния источника или группы источников загрязнения, второй створ совмещают с местом сброса сточных вод, остальные створы (не менее двух) располагают параллельно второму по обе его стороны на расстоянии 0,5 км от места сброса сточных вод и непосредственно за границей зоны загрязненности. На водотоках, на которых отсутствует организованный сброс сточных вод, один створ устанавливают в устьях загрязненных притоков, на незагрязненных участках водотоков, на предплотинных участках рек, на замыкающих участках рек, в местах пересечения Государственной границы РФ.

Два створа и более устанавливают на водотоках при наличии организованного сброса сточных вод. Один из них располагают на расстоянии 1 км выше источника загрязнения, вне зоны его влияния, другие ниже источника загрязнения или последнего по течению из группы источников загрязнения в следующих местах:

◘ в месте достаточно полного (не менее 80 %) смешения сточных вод с водами водотока. При невозможности отбора проб в створе полного смешения допускается отбор проб в створе, расположенном ближе к источнику загрязнения;

◘ в месте, определяемом в установленном порядке, не далее 0,5 км от сброса сточных вод при отсутствии рассеивающего выпуска для объектов рыбохозяйственного водопользования.

При наличии на водотоке нескольких рукавов створы располагают на тех из них, где наблюдаются небольшие расходы воды и нарушения норм качества воды.

Местоположение вертикалей и количество горизонтов в каждом створе определяются характером сбросов, особенностями течения водотока, условиями рельефа дна.

Под вертикалью створа следует понимать условную отвесную линию от поверхности воды (или льда) до дна водоема или водотока, на которой выполняют работы для получения данных о показателях качества воды. Количество вертикалей в створе на водоемах определяется шириной зоны загрязнения. Первую вертикаль располагают на расстоянии не более 0,5 км от берега или от места сброса сточных вод, последнюю — непосредственно за границей зоны загрязненности.

При определении количества вертикалей в створе на водотоках учитываются условия смешения вод водотока со сточными водами, а также с водами притоков. При неоднородном химическом составе воды в створе устанавливается не мене трех вертикалей (на стрежне и на расстоянии 3 — 5 км от берегов), при однородном химическом составе — одну вертикаль (на стрежне водотока).

Под горизонтом створа следует понимать место на вертикали (по глубине), на котором производят комплекс работ для получения данных о показателях качества воды. Количество горизонтов на вертикали определяется с учетом глубины водного объекта. При глубине до 5 м устанавливается один горизонт у поверхности воды: летом 0,3 м от поверхности воды, зимой у нижней поверхности льда. При глубине от 5 до 10 м устанавливаются два горизонта: у поверхности и у дна (на расстоянии 0,5 м от дна). При глубине более 10 м устанавливают три горизонта: на поверхности, на половине глубины водного объекта и у дна. При глубине более 100 м устанавливают следующие горизонты: у поверхности, на глубинах 10, 20, 50, 100 м и у дна. Кроме того, устанавливают дополнительные горизонты в каждом слое скачка плотности.

Состав и объем гидрохимических работ в пунктах наблюдений должны отвечать задачам наблюдений и удовлетворять требованиям заинтересованных народнохозяйственных организаций об информации о качестве вод водотоков и водоемов. Перечень определяемых показателей качества воды водоемов и водотоков устанавливают с учетом целевого использования сточных вод, состава сбрасываемых сточных вод, требований потребителей информации. Все это обусловливает различие программ определения показателей состава и свойств воды для разных пунктов наблюдений. Выбор программы зависит от категории пункта наблюдений. Программы наблюдений по гидрологическим и гидрохимическим показателям приведены в табл.8, а периодичность проведения наблюдений по этим показателям устанавливают в соответствии с категорией пункта наблюдения.

В пунктах наблюдений I категории наблюдения проводятся ежедневно в первом створе после сброса сточных вод. Кроме того, в этом же створе производится ежедневный отбор проб в объеме не менее 5 л, которые хранятся в течение 5 суток на случай необходимости проведения гидрохимического анализа при чрезвычайных обстоятельствах (замерные явления, гибель рыбы, аварийные сбросы загрязняющих веществ). Отбор проб также производится ежедекадно (по сокращенной программе 2), ежемесячно (по сокращенной программе 3) и в основные фазы водного режима (по обязательной программе).

Таблица 8

Программы наблюдений по гидрологическим и гидрохимическим
показателям

Примечание. В случае наличия ниже источника загрязнения нескольких створов концентрация главных ионов измеряется только в первом после сброса сточных вод створе.

В пунктах II категории наблюдения по гидрологическим и гидрохимическим показателям проводятся ежедневно (визуальные наблюдения), ежедекадно (по сокращенной программе 1), ежемесячно (по сокращенной программе 3) и в основные фазы водного режима (по обязательной программе).

В пунктах III категории наблюдения проводятся ежемесячно (по сокращенной программе 3) и в основные фазы водного режима (по обязательной программе).

В пунктах IV категории наблюдения по гидрологическим и гидрохимическим показателям осуществляются в основные фазы водного режима (по обязательной программе).

Наблюдения по гидрологическим и гидрохимическим показателям по обязательной программе определяются водным режимом реки. Для большинства водотоков отбор проб воды производится 7 раз в год: во время половодья — на подъеме, пике и спаде, во время летней межени — при наименьшем расходе и при прохождении дождевого паводка, осенью перед ледоставом, во время зимней межени.

Количество отбираемых для анализа проб воды по обязательной программе может изменяться в зависимости от особенностей водного режима отдельных водотоков:

● на водотоках с длительным половодьем (больше месяца) пробы воды отбираются на подъеме, пике, в начале и конце спада половодья (всего 8 раз в год);

● на водотоках, характеризующихся паводочным режимом,— в течение года (не менее 8 раз в год);

● на водотоках с устойчивой летней меженью и слабо выраженным осенним подъемом воды число наблюдений составляет 5 — 6 в год;

● на временных водотоках число наблюдений не превышает 3 — 4 в год;

● на водотоках в горных районах в зависимости от типа водотока число наблюдений колеблется от 4 до 11.

На водоемах наблюдения по гидрологическим и гидрохимическим показателям осуществляются:

● зимой при наиболее низком уровне и наибольшей толщине льда;

● в начале весеннего наполнения водоема;

● в период максимального наполнения;

● при наиболее низком уровне в летне-осенний период. При осуществлении наблюдений за загрязнением воды водотоков и водоемов характерные для них загрязняющие вещества выявляются на основании сведений об источниках загрязнения и результатах анализа проб воды, отобранной во время предварительных исследований, и включаются в программу наблюдений.

В целях получения данных о качестве воды вне пунктов наблюдений проводятся экспедиционные обследования. Как правило, такие обследования осуществляются для получения информации о качестве воды при чрезвычайных обстоятельствах и ситуациях в состоянии водоемов и водотоков при обследовании водных объектов для уточнения расположения пунктов и створов контроля и программы работ. Помимо этого экспедиционные работы проводятся в случае, когда пункт наблюдений не обеспечен наблюдателем.

Важным моментом наблюдений загрязнения поверхностных вод является отбор проб воды для химического анализа, который осуществляется в гидрохимических (гидрологических) створах на стрежне потока с горизонта 0,2 — 0,5 м от поверхности воды эмалированным ведром емкостью 10 л. Из батометра или ведра водой наполняют сосуды для определения значения рН, содержания в воде кислорода, диоксида углерода, фиксируют растворенный в воде кислород для дальнейшего химического анализа в лаборатории, а также наполняют водой склянки с притертыми пробками (через сифон, пропустив перед закрытием склянки не менее трех объемов воды) для определения БПК₅. Пробы для определения концентрации нефтепродуктов, фенолов, СПАВ, тяжелых металлов, пестицидов отбирают в отдельные бутылки.

Отбор проб воды для определения содержания пестицидов производят из придонного слоя бутылочным батометром (на глубине до 3 м) или батометром Молчанова (на глубине более 3 м) в объеме 1 л.

В зимнее время при температуре воздуха ниже 0 °С отобранную пробу воды сразу же после измерения температуры переносят в теплое помещение, где производят анализ «первого дня».

Объем пробы воды для химического анализа с каждого створа составляет 7 — 8 л. Для пересылки проб воды используется полиэтиленовая и стеклянная посуда. В целях сохранности бутылок при транспортировке необходимо не доливать воду до пробки на 1 — 2 см.