Ekologichesky_monitoring / Мониторинг_пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО «Пермский государственный университет»

М.И. Дегтев, О.С. Кудряшова

Экологический мониторинг

Учебно-методическое пособие

Пермь 2007

ББК 20.18 Д 26

УДК 502.35

Дегтев М.И.

Д 26 Экологический мониторинг: учеб.-метод. пособие / М.И. Дегтев, О.С. Кудряшова; Перм. ун-т. – Пермь, 2007. – 156 с.

ISBN 5-7944-0790-5

В пособии излагается теоретический и практический материал, включенный в спецкурс «Экологический мониторинг для химиков». Раскрыто понятие экологического мониторинга, приведена его классификация по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения. Рассмотрены вопросы нормирования качества природной среды. Описаны методы пробоотбора, пробоподготовки и анализа объектов окружающей среды. Особо отмечены требования, предъявляемые к аналитическим данным. Пособие содержит материал для выполнения практических работ и список рекомендуемой литературы.

Предназначено для студентов, аспирантов, преподавателей и научных сотрудников, занимающимися проблемами загрязнения окружающей среды.

Ил. 3. Табл. 9. Библиограф. 10 назв.

Печатается в соответствии с решением редакционно-издательского совета Пермского государственного университета

Рецензенты: кафедра химии и биотехнологии Пермского государственного технического университета; заведующий отделом экологии ФГНУ «Естественнонаучный институт» (г. Пермь), канд. геол.-мин. наук, эколог В.П.

Тихонов

Данное пособие является победителем конкурса, проведенного Пермским государственным университетом в ходе реализации инновационной образовательной программы «Формирование информационнокоммуникационной компетентности выпускников классического университета в соответствии с потребностями информационного общества» в рамках приоритетного национального проекта «Образование»

ББК 20.18

УДК 502.35

ISBN 5-7944-0790-5 © Дегтев М.И., Кудряшова О.С., 2007

© ГОУ ВПО «Пермский государственный университет», 2007

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………………….………………….. 6

ГЛАВА 1. ЧТО ТАКОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ……………………………………………..... 8

1.1.Общие понятия ……………….…………………….. 8

1.2.Классификация экологического мониторинга…….. 12

1.3.Глобальная система мониторинга окружающей

среды ……………...……………………………………… 12 1.4. Государственный экологический мониторинг….… 15 1.5. Регламентация государственных наблюдений в сети Росгидромета …………………………………….. 17

ГЛАВА 2. НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ …………………………..…………... 18

2.1.Основные понятия и определения ……….………... 18

2.2.Нормирование качества воздуха ……………..……. 22

2.3.Нормирование качества воды …………………..….. 25

2.4. Нормирование качества почвы ……………….……	27
2.5. Предельно допустимые концентрации вредных
веществ в продуктах питания ………………...…………	28

2.6.Классы опасности химических соединений …….... 28

2.7.Нормирование воздействия …………………….….. 29

2.8.Нормирование в области радиационной

безопасности ………………………………………….….	32
2.9. Система нормирования в области
радиационной безопасности ………………………….....	34
ГЛАВА 3. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ ………	36
ГЛАВА 4. ПРОБООТБОР И ПРОБОПОДГОТОВКА В
АНАЛИЗЕ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ……….	41
4.1. Отбор проб воды …………………………………….	44
4.2. Отбор проб воздуха …………………………………	46

4.2.1.Отбор проб в жидкие среды ……………….. 48

4.2.2.Отбор проб на твердые сорбенты …………. 49

4.2.3. Криогенное концентрирование …………… 52

4.2.4.Хемосорбция ……………………………….. 52

4.2.5.Отбор проб в контейнеры …………………. 52

4

4.2.6.Концентрирование на фильтрах …………... 53

4.3.Отбор проб почвы …………………………………... 54

4.4.Отбор проб донных отложений ……………………. 55

4.5.Отбор проб растительности ………………………... 56

4.6. Отбор проб животного происхождения …...………		57
ГЛАВА 5.	СТАБИЛИЗАЦИЯ, ХРАНЕНИЕ И
ТРАНСПОРТИРОВКА ПРОБ ДЛЯ АНАЛИЗА …………...		59
ГЛАВА 6.	ПОДГОТОВКА ПРОБ К АНАЛИЗУ В
ЛАБОРАТОРИИ. МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ
И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ………………………………….		64
6.1. Концентрирование микропримесей ………………..		66
ГЛАВА 7.	ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ:
ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ И ПУТИ ИХ ПРЕОДОЛЕНИЯ .....		73
7.1. Требования, предъявляемые к аналитическим
данным ……………………………………………..…...		75
ГЛАВА 8.	ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ………………………………………		77

8.1.Температура ………………...………………………. 77

8.2.Органолептические показатели ……………………. 78

ГЛАВА 9. ВОДА КАК ОБЪЕКТ АНАЛИЗА ……………… 86

ГЛАВА 10. ТРОПОСФЕРА КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ БИОСФЕРЫ…………………………………………………... 91

10.1.Источники загрязнения атмосферного воздуха...... 93

10.2.Критерии санитарно-гигиенической оценки состояния воздуха ……………………………………….. 94

10.3.Организация наблюдений и контроля загрязнения атмосферного воздуха ………………………..…………. 97

10.4.Посты наблюдений загрязнения атмосферного

воздуха………..…………………………….…………......	101
10.5. Автоматизированная система наблюдений
и контроля окружающей среды ………………….……...	105
10.6. Математическое моделирование процессов
рассеяния вредных веществ в атмосферном воздухе ….	106
10.7. Прогноз загрязнения атмосферы ………………….	108

5
ГЛАВА 11. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ ..………..	110
11.1. Определение неорганических соединений ………	112
11.2. Определение органических веществ …………......	113
ГЛАВА 12. ПОЧВА КАК ОБЪЕКТ АНАЛИЗА …………...	115
12.1. Критерии качества почвы …………………………	121
12.2. Показатели качества почвы …………………….....	123
ГЛАВА 13. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ …………………..	125
13.1. Определение загрязняющих веществ в атмосфере	125
13.1.1. Определение брома и йода ………………..	125
13.1.2. Определение оксида углерода ……………	127

13.1.3.Определение фтороводорода …………….. 128

13.1.4.Определение бериллия и других тяжелых металлов (Ni, W, Zn, Ta, V)………………………. 129

13.1.5.Определение тетраэтилсвинца …………... 132

13.1.6.Определение формальдегида …………….. 135

13.2. Определение загрязняющих веществ в гидросфере	137
13.2.1. Оксихинолиновый метод определения
цинка с титриметрическим окончанием …………	137
13.2.2. Определение молибдена …………………..	140
13.2.3. Определение железа ………………………	141

13.2.4.Определение бихроматной окисляемости . 142

13.2.5.Определение сульфидов.

Титриметрический метод …………………….…... 145

13.2.6.Определение хрома ……………………….. 148

13.2.7.Определение фенола

(карболовой кислоты) ……………………...……... 150 13.3. Определение загрязняющих веществ в почве ……. 152 13.3.1. Определение железа ……………………… 152 13.3.2. Определение нитратов ……………………. 153

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ……………………… 155

6

ВВЕДЕНИЕ

Экологический мониторинг - это серьезная и сложная проблема. Уровни его организации различны. Он может осуществляться в глобальном, национальном, региональном или локальном масштабах. В то же время изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследование таких природных ресурсов, как разнообразные воды, атмосферный воздух, почвы, а также совокупности этих систем с точки зрения определения в них загрязняющих химических веществ, нарушающих сложившееся экологическое равновесие в природе. Здесь четко просматривается химическая сторона обсуждаемой проблемы, что позволяет говорить и о химическом мониторинге. Поэтому в экологическом мониторинге активно используют различные химические, физико-химические, физические и биологические методы анализа. Речь идет о неком глобальном химикоаналитическом исследовании с помощью различных методов аналитической химии - науки о методах анализа.

Результаты аналитических определений и измерений рассматривают уже в рамках экологического мониторинга. Это дает информацию о степени загрязнения биосферы различными несвойственными природе загрязняющими веществами. Данные экологического мониторинга используют для всестороннего анализа состояния окружающей среды и определения стратегии управления им, для регулирования ее качества, для определения так называемых допустимых экологических нагрузок на природные системы. Степень ответственности здесь очень велика, поскольку указанные факторы, и в первую очередь химические, способны вызвать геофизические и геохимические изменения: возможное изменение климата, закисление природных вод кислотными дождями, загрязнение Мирового океана и нарушение баланса углекислоты в нем, нарушение озонового слоя. Можно определить различие между науками, вплотную занимающимися экологическими проблемами. Так, экология - наука о закономерностях взаимосвязей и взаимодействия организмов и их систем друг с другом и со средой обитания. Экологическая химия изучает процессы, определяющие химический состав и свойства объектов окружающей среды. Химическую экологию интересу-

7

ет химическое взаимодействие между живой и неживой природой.

Таким образом, основой экологического мониторинга является совокупность различных химических наук, каждая из которых нуждается в результатах химического анализа, поскольку химическое загрязнение - основной фактор неблагоприятного антропогенного воздействия на природу. Целью аналитической химии становится определение концентрации загрязняющих веществ в различных природных объектах. Ими являются природные и сточные воды различного состава, донные отложения, атмосферные осадки, воздух, почвы, биологические объекты.

8

ГЛАВА 1

ЧТО ТАКОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Подлинно многие и почти бесчисленные наблюдения перемен и явлений, на воздухе бывающих, ...учинены от испытателей натуры и ...сообщены ученому свету, так чтобы нарочитой подлинности в предсказании погод уповать можно было…

М.В. Ломоносов. Слово о явлениях воз- душных, от электрической силы проис- ходящих

1.1.Общие понятия

Вразличных видах научной и практической деятельности человек издавна применяет метод наблюдения — способ познания, основанный на относительно длительном целенаправленном и планомерном восприятии предметов и явлений окружающей действительности. Блестящие образцы организации наблюдений за природной средой описаны еще в первом веке нашей эры в «Естественной истории» Гая Секунда Плиния (Старшего). Тридцать семь томов, содержавших сведения по астрономии, физике, географии, зоологии, ботанике, сельскому хозяйству, медицине, истории, служили наиболее полной энциклопедией знаний до эпохи Средневековья.

ВXX веке в науке возник термин мониторинг для определения системы повторных целенаправленных наблюдений за одним или более элементами окружающей природной среды в пространстве и времени.

Впоследние десятилетия общество все шире использует сведения о состоянии природной среды: в повседневной жизни, при ведении хозяйства, в строительстве, при чрезвычайных обстоятельствах — для оповещения о надвигающихся опасных явлениях природы. Однако изменения в состоянии окружающей среды происходят и под воздействием биосферных процессов, связанных с деятельностью человека. Определение вклада антропогенных изменений представляет собой специфическую задачу.

9

Рациональное природопользование – это сохранение природы и ее охрана при использовании природных ресурсов. Охрана окружающей природной среды начинается с контроля степени ее загрязнения. У термина «контроль» два значения, две функции: управление объектами и измерение их параметров, в том числе состава и свойств. У экологического контроля тоже две функции.

Первая – проверка исполнения законов, норм, правил, режимов работы контролируемых объектов. Это экологоуправленческий контроль – ЭУК.

Вторая – измерение параметров контролируемых объектов. Это эколого-аналитический контроль - ЭАК и технологоаналитический контроль – ТАК.

Первую функцию осуществляют надзорные органы государственной власти: специальные службы Министерства природных ресурсов, здравоохранения и социального развития, промышленности и технологии и ряд других ведомств.

Вторую – специализированные аналитические лаборатории и службы этих министерств и ведомств, а также промышленных предприятий и общественных организаций.

Основные задачи ЭАК и ТАК:

1. Контроль источников загрязнения:

экологически значимых параметров технологических процессов, прежде всего контроль организованных выбросов и сбросов; утечек из технологического оборудования, газовыделений

из химических веществ, материалов, изделий и других неорганизованных выбросов и сбросов.

2. Контроль воздушной среды и безопасности людей: загрязняющих веществ в воздухе рабочих и жилых зон; индивидуальный химический дозиметрический контроль. Одним из видов ЭАК и ТАК, наиболее информативным их

видом, является экологический мониторинг — информацион-

ная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в со- стоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне при- родных процессов.

10

Рис.1. Блок-схема системы мониторинга

Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

•о состоянии окружающей среды;

•о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (т.e. об источниках и факторах воздействия);

•о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;

•о существующих резервах биосферы.

Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия.

Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды в РФ в 1995 г.» определяет экологический мони-

торинг в РФ как комплекс выполняемых по научно обосно- ванным программам наблюдений, оценок, прогнозов и разра- батываемых на их основе рекомендаций и вариантов управ- ленческих решений, необходимых и достаточных для обеспе- чения управления состоянием окружающей природной среды

иэкологической безопасностью.

Всоответствии с приведенными определениями и возло-

женными на систему функциями мониторинг включает три основных направления деятельности: