КЗПС Крюкова литература / Методы и приборы контроля ОС

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Приложение N 1

к СанПиН 2.1.7.1287-03

Оценка степени химического загрязнения почвы

Категории	Санитарное	Суммарный			Содержаниев почве (мг/кг)
загрязнения	число	показатель
	Хлебникова	загрязнения	I классопасности			II классопасности			III классопасности
		(Zc)
			Органич.	Неорганич.		Органич.	Неорганич.		Органич.	Неорганич.
			соединения	соединения		соединения	соединения		соединения	соединения
Чистая *	0.98 и >	-	отфона	отфона		отфона	отфона		отфона	отфона
			до ПДК	до ПДК		до ПДК	до ПДК		до ПДК	до ПДК
Допустимая	0.98 и >	<16	от 1 до 2	от 2		от 1 до 2	от 2		от 1 до 2	от 2
			ПДК	фоновых		ПДК	фоновых		ПДК	фоновых
				значений			значений			значений
				до ПДК			до ПДК			до ПДК
Умеренно	0.85-0.98	16-32							от 2	отПДК
опасная									до 5 ПДК	до К mах
Опасная	0.7-0.85	32-128	от 2 до	отПДКдо		от 2 до	отПДК		> 5 ПДК	> К mах
			5 ПДК	К mах		5 ПДК	до К mах
Чрезвычайно	<0.7	>128	>5 ПДК	>К mах		>5 ПДК	>К mах
опасная

Кmах - максимальное значение допустимого уровня содержания элемента по одному из четырех показателей вредности.

* Категория загрязнения относится к объектам повышенного риска.

Zc - расчет проводится в соответствии с методическими указаниями по гигиенической оценке качества почвы населенных мест.

Основные источники загрязнений антропогенного происхождения

•тепловые электростанции (27 %),

•предприятия черной (24 %) и цветной (10,5 %) металлургии,

•нефтехимическая промышленность

(15,5 %),

•промышленность строительных материалов (8,1 %),

•химическая промышленность (1,3 %),

•автотранспорт (13,3 %).

Антропогенная токсикация планеты

-СО, СО2, SO2, NOx, CH, NH3, HF…

-22 радионуклидов – радиоактивные отходы

-Химическое загрязнение вод вызывают сточные воды предприятий, содержащие в токсичных

количествах химические соединения, которые нарушают процессы фотосинтеза, обусловливают непригодность воды для рыбного хозяйства, рекреационных целей и хозяйственно-питьевого назначения.

13 металлов (Be, Al, V, Cr, As, Se, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, Hg, Tl, Pb), токсичных во всех своих водо-,

щелоче- и кислото-растворимых соединениях

-Органические соединения (ксенобиотики):

=полиароматические углеводороды

=«грязная дюжина»: 12 токсичных хлорорганических соединений (pops – persistent organic pollutants) - ДДТ, линдан, лантрен,…

=3 группы органических соединений – диоксины, бифенилы и др.

=«жесткие» катионные ПАВ

=пластмассы

-Биологическое загрязнение—стоки, содержащие фекалии, мочу, пищевые отходы, стоки боен, пивоваренных, молочных и сахарных заводов, сыроварен, отходы целлюлозно-бумажной промышленности, кожевенных производств и др. Такие воды являются бактериологически зараженными и могут вызывать заболевания —дизентерию, кишечные инфекции, тиф и другие

инфекционные заболевания.

- Тепловое загрязнение исходит от тепловых и атомных электростанций. Сброс нагретых вод в природные водоемы вызывает повышение температуры воды, заменуобычной флоры синезелеными водорослями, выделяющими при разложении токсические вещества. Такая вода непригодна для питья, рыбного хозяйства, часто и для промышленности, так как: возможны нарушение технологических процессов, коррозия металлических конструкций.

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в настоящее время в промышленной и бытовой технологии используют до 500 тысяч соединений, в основном органических, из которых более 40 тысяч вредны для здоровья, а около 12 тысяч — токсичны.

9

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

загрязняющие факторы

•материальные, включающие механические (аэрозоли, твердые тела и частицы в воде и почве),

•химические (разнообразные газообразные, жидкие и твердые химические соединения),

•биологические загрязнения (микроорганизмы и продукты их деятельности),

•физические загрязнения —тепловое, вибрация, шум, ультразвук, электромагнитные поля, ионизирующие излучения.

•точечные (сосредоточенные)

•рассредоточенные источники загрязнения

•непрерывного и

•периодического действия

•Стойкие отходы – не разлагающиеся, не разрушаются или разлагаются слишком медленно. Для них не существует природных процессов, которые бы их разлагали с такой же скоростью, с какой они поступают в природную среду. Это многие из веществ и ядов.

Такие загрязнители накапливаются и биологически усиливаются по пищевым цепям, соединяясь с другими веществами. Эти вещества могут образовывать ещё более токсичные (например, метил-ртуть).

Способы борьбы:

1.Изъятие из экосистемы.

2.Прекратить производство таких веществ.

3.Запретить выброс.

4.Контролировать, чтобы не допустить токсичного уровня.

•Нестойкие загрязнения – загрязнения, разрушаемые биологическими процессами и различными физикохимическими превращениями.

Первая группа

кислород, озон, оксиды углерода, азота, серы, аммиак, галогены и соответствующие им кислоты (ионы), природные фульво и гуминовые кислоты, низкомолекулярные углеводороды (компоненты природных газов и топлив), а также металлы, используемые в гальванических и других производствах.

Вещества этой группы наиболее широко распространены, их анализ с требуемыми пределами обнаружения не представляет затруднений.

10

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Вторая группа

многообразие органических соединений-загрязнителей, а также некоторые тяжелые металлы, токсические вещества неорганической природы (цианиды, арсины, фосфины, силаны и их производные).

Это самая многочисленная группа веществ-загрязнителей, объединяющая в зависимости от специфики региона от 60 до 80% контролируемых веществ. Интервал нормируемых значений концентраций веществ данной группы: 10-4 - 10-7 мг/л. Для методов контроля соединений данной группы характерно требование высокой селективности обнаружения, так как анализируемые компоненты находятся в сложных многокомпонентных смесях.

Третья группа

супертоксиканты (фосфорорганические соединения, полихлорированные диоксины и фурены, 3,4-бензпирен, нитрозамины и др.), неидентифицированные супертоксиканты, образующиеся, например, в результате химических взаимодействий техногенных отходов с компонентами окружающей среды.

Пределы обнаружения веществ этой группы находятся в интервале от 10-7 до 10-10 мг/л. Требуемая селективность может быть достигнута с помощью высокоэффективных хроматографических методов с концентрированием проб (хромато-масс-спектрометрия, хромато-ИК-Фурье- спектроскопия).

Следует отметить, что серийно выпускаемой контрольной аналитической аппаратуры по ряду известных супертоксикантов, например, диоксинов, на настоящий момент в России нет.

В атмосферу Земли за год выбрасывается, млн. т: оксида углерода 200, диоксида углерода более 20, диоксида серы 200, оксидов азота 53, пыли более 250, золы 120, углеводородов более 50, фреонов 1, свинца 0,4 и т.д.

•При сжигании топлива в атмосферу попадают диоксид и оксид углерода, оксиды азота и серы, сажа, пыль, а также канцерогенные циклические углеводороды (бензантрацен, холантрен и др.) при неполном сгорании топлива. Эти углеводороды содержатся и в саже, гудроне, которые выбрасываются дизельными двигателями. Более 58 % выбросов диоксида серы образуется при функционировании тепловых электростанций.

•Черная металлургия является источником выбросов не только оксидов углерода, но и марганца, соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути

•Нефтедобывающая и нефтехимическая промышленность — источники выброса углеводородов, различных оксидов, твердых частиц, а химическая промышленность — различной пыли, оксидов тяжелых металлов, хлористых соединений, аммиака, фтористого водорода, силикатов, альдегидов, углеводородов, кремнефтористого натрия и других токсических веществ.

•Все виды транспорта (автомобильный, железнодорожный, морской, речной, авиация) значительно загрязняют воздух. Так, в выхлопных газах автомобилей содержатся оксид углерода, оксиды азота, различные углеводороды, в том числе альдегиды, сернистые газы, а также свинец, хлор, бром, фосфор и др. С выхлопными газами автомобилей в атмосферу поступает около 200 вредных веществ. Самолеты выделяют оксиды углерода и азота. Особенно вредны из всех выбросов диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота, различные

углеводороды, пыль, тяжелые металлы. Часто образуется смог — смесь дыма, влаги, химических веществ. Оксиды азота и серы, растворяясь в атмосферной влаге, образуют кислоты, выпадающие с дождями и подкисляющие и без того кислые почвы таежно-лесной зоны.

•целлюлозно-бумажной, химической, текстильной, металлургической, горнорудной, пищевой промышленности, заводов по очистке урановой руды и переработке ядерного топлива для реакторов, атомных электростанций. Источником загрязнения является и сельское хозяйство в связи с применением пестицидов, удобрений, образованием животноводческих стоков, богатых мочевиной (они могут поступать в водоемы с сельскохозяйственных угодий с ливневыми водами).

11

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения

По своему составу и свойствам вода нецентрализованного водоснабжения должна соответствовать нормативам:

Показатели	Единицы измерения		Норматив
Органолептические
Запах		баллы		не более 2-3
Привкус		баллы		" ---" ---" 2-3
Цветность		градусы		"---"---" 30
Мутность		ЕМФ (единицы мутности по формазину)		в пределах 2,6-3,5
Химические
Водородныйпоказатель		единицы PH		в пределах 6-9
Жесткость общая		мг-экв./л		" --- " --- " 7-10
Нитраты(NO)		мг/л		не более 45
Общая минерализация (сухой остаток)		--- " ---		в пределах 1000-1500
Окисляемость перманганатная		--- " ---		" --- " --- " 5-7
Сульфаты (SO)		--- " ---		не более 500
Хлориды (CL)		---"---		" --- " --- " 350
Химические вещества неорганической и		--- " ---		ПДК
органической природы
Микробиологические
Общие колиформные бактерии*		число бактерий в 100 мл		отсутствие
Общее микробное число		число образующих колонии микробов в 1 мл		100
Термотолерантные колиформные бактерии**		число бактерий в 100 мл		отсутствие
Колифаги**		число бляшкообразующих единиц в 100 мл		отсутствие

* При отсутствии общих колиформных бактерий проводится определение глюкозоположительных копиформных бактерий (БГКП) с постановкой оксидазного теста.

12

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

санитарная оценка

Несколько видов допустимых концентраций:

ПДК - предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе – концентрация, не вызывающая у человека при ежедневном вдыхании в течение 8 ч или при другой продолжительности (не более 41 ч в неделю) в течение рабочего стажа заболеваний, отклонений в состоянии здоровья.

ПДКп (мг/кг) - предельно допустимая концентрация химического вещества в почве.

ПДКв (мг/л) - предельно допустимая концентрация химического вещества в воде водных объектов хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования.

ОДУ - ориентировочно допустимый уровень содержания вещества в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.

ПДКрз. (мг/м3) - предельно допустимая концентрация химического вещества в воздухе рабочей зоны.

ПДКсс (мг/м3) - предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест (не оказывающая на человека прямого или косвенного вредного влияния при неопределенно долгом круглосуточном вдыхании).

ПДКмр (мг/м3) - предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества, максимально разовая в воздухе населенных мест.

ПДКпит (мг/кг) - предельно допустимая концентрация химического вещества в продуктах питания. ОБУВ (мг/м3) - ориентировочный безопасный уровень воздействия вещества в атмосферном воздухе. ОДК (мг/кг) - ориентировочно допустимая концентрация вещества в почве

ПДКр (мг/м3) - предельно допустимая разовая концентрация загрязняющего (вредного) вещества в воздухе населенных мест.

ВЗ - высокий уровень загрязнения, соответствующий 5 и более ПДК.

ЭВЗ - экстремально высокий уровень загрязнения для атмосферного воздуха; его критерием является содержание одного или нескольких веществ, превышающих ПДК: в 50 раз и более при одном замере, 30-49 раз - при сохранении этого уровня концентрации 8 часов и более, 20-29 раз - при сохранении этого уровня концентрации более 2 суток; для поверхностных вод - превышение ПДК в 100 раз и более.

ИЗА - индекс загрязнения атмосферы. Рассчитывается на основании измерений поста, суммарно по всем веществам.

ПХЗ – показатель загрязнения вод

В Российской Федерации установлены ПДК:

-для >1400 веществ в воде,

-для >1000 веществ в воздухе,

-для >100 веществ в почвах.

экологический контроль и экологический мониторинг

•контроль в области охраны окружающей среды (экологический контроль) - система мер, направленная на предотвращение, выявление и пресечение нарушения законодательства в области охраны окружающей среды, обеспечение соблюдения субъектами хозяйственной и иной деятельности требований, в том числе нормативов и нормативных документов, в области охраны окружающей среды

В Российской Федерации осуществляется государственный, производственный, муниципальный и общественный контроль в области охраны окружающей среды

•мониторинг окружающей среды (экологический мониторинг) - комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов

13

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

экоаналитический контроль - измерительная процедура (или комплекс

измерительных процедур), устанавливающая соответствие (несоответствие) параметров химического, физического и биологического воздействия на окружающую природную среду установленным государственным или региональным нормативам (нормируемая процедура)

экоаналитический мониторинг - измерение текущих значений параметров качества окружающей среды с целью прогнозирования развития экологической ситуации

Легитимность экоаналитического контроля достигается реализацией комплекса мероприятий:

-обязательной государственной аккредитацией экоаналитических лабораторий на компетентность и независимость;

-обязательность использования средств измерений, разрешенных Госстандартом РФ для применения на территории России;

-обязательность аттестации методик, выполнение измерений в соответствии с ГОСТ 8-563-96 «Методики выполнения измерений».

объекты экоаналитического контроля

•организованные и неорганизованные газовые выбросы, атмосферный воздух

•сточные, поверхностные и подземные воды,

•складируемые твердые и жидкие отходы промышленных предприятий.

Экоаналитический контроль в России осуществляется на государственном уровне сетью более чем 300 аккредитованных лабораторий региональных управлений федерального подчинения и субъектов Федерации.

В этом же процессе на производственном уровне участвуют более 200 лабораторий крупных промышленных предприятий.

14

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

объекты экоаналитического мониторинга

природные компоненты экосистем и ландшафтов:

-поверхностные,

-подземные воды,

-почвы,

-донные отложения,

-атмосферный воздух

-растительность и др.

Главной функцией экологического мониторинга является установление корреляций между уровнем техногенных воздействий и параметрами качества природных объектов.

ЭКОАНАЛИТИЧЕСКИЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ

•Предмет экоаналитических обследований - природные и техногенные

объекты.

•Цель обследования природных объектов - выявление химических,

физических и биологических факторов, характерных для данного объекта, т.е. перечня экозагрязнителей, определяющих состояние локальной экосистемы. По результатам обследования создается регламент экологического мониторинга объекта, создающий информационный базис для прогнозов развития экологической ситуации.

•Обследование природных объектов может проводиться также с целью

установления исходного, так называемого, «нулевого» или современного состояния объекта перед передачей его в аренду юридическим лицам. В этом случае данные обследования являются основой для оценки экономических последствий хозяйственной деятельности или оценки качества рекультивации территории.

•Экоаналитические обследования техногенных объектов проводятся с

целью установления соответствия номенклатуры экозагрязнителей, перечисленных в согласованных томах ПДС*, ПДВ** и т.п. реальному состоянию объекта (* предельно допустимые стоки; ** предельно допустимые выбросы).

•В экоаналитическом контроле нормативы выражаются в виде

допустимых значений концентраций веществ-экозагрязнителей. Концентрации химических веществ могут выражаться в различных единицах измерения: [мг/л], [г/кг], [моль/л], [% вес], [% об] и др.

лаборатории, специализированные по объектам контроля

-воздуха

-воды

-почвы

В лабораториях контроля атмосферного воздуха устанавливаются метеокомплекты для определения скорости и направления ветра с целью прогнозирования развития экологической обстановки; газоанализаторы, как правило, электрохимические и фотоионизационные, анализаторы ртути и т.п.

В лабораториях, специализированных для контроля воды, предлагается использовать ионометрическую аппаратуру для контроля рН, растворенного кислорода и газов, комплекты для спектрофотометрического анализа анализатор жидкости "Флюорат", измеритель токсичности воды типа «Биотокс».

15

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Методы анализа

Химические – весовой, объемный, газовый Физические – физические характеристики: плотность, показатель преломления, вязкость, теплопроводность, магнитная восприимчивость, поглощение-излучение Физико-химические – физические параметры, сопровождающие химическую реакцию: теплота реакции, электрохимические эффекты, адсорбция

16

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Классификация:

по автоматизации:

–автоматические

–полуавтоматические

–сигнализаторы

по анализу агрегатного состояния:

–газоанализаторы

–анализаторы жидкости

–анализаторы твердых тел

по анализу компонентов смесей:

–однокомпонентные

–многокомпонентные

по цели анализа:

–для управления технологическим процессом, анализом материального баланса производства

-для исследования свойств материалов -для обеспечения санитарных

норм, безопасности производства.

по исполнению:

-обычное

-взрывозащищенное

-для работы в агрессивных и запыленных условиях

-для работы в условиях вибрации, тряски, ударов

по принципу регистрации:

-оптические (спектральные)

-электрохимические

-хроматографические

-масс-спектрометрические

-радиометрические

-электроннозондовые

Оптические методы анализа:

•эмиссионные

•пламенные

•абсорбционные (бездисперсионные - фотоколориметры и дисперсионные – спектрофотометры)

•турбидиметрические

•нефелометрические

•люминесцентные (флуоресцентные)

•рефактометрические

•поляриметрические

•спектры КР (комбинационного рассеяния)

Основные характеристики

•Предел обнаружения - определение min концентрации вещества с заданной погрешностью измерений

•Селективность

•Универсальность

•Быстродействие - min постоянная времени, min запаздывание

•Min дополнительная погрешность от внешних факторов (Р, Т, поля)

•Простота и доступ в обслуживании, min расходы на эксплуатацию и стоимость

•Срок автономной работы, max надежность и max срок службы (соотношение «покупная цена» : «эксплуатационные затраты»)

•Условия эксплуатации, в т.ч. мобильность, широта применения, легкость градуировки и поверки

•Простота пробоотбора и пробоподготовки, min квалификация обслуживающего персонала

•Min монтажные конструктивы (вес, габариты, …)

•Системное исполнение, автоматизация, дистанционная диагностика, унификация выходного сигнала (аппаратнопрограммные комплексы, блочность, компьютеризованность, радио-модемный выход-вход)

•Технические средства должны строиться по критериям безопасности

17

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Используемые концентрации:

•объемные мл/л; мл/м3

•весовые г/л; г/м3; мг/л; мг/м3

•% массовые = масса (г) / 100 г раствора

•% объемные = объем (мл) / 100 мл раствора

•молярная = число молей / 1000 мл раствора

•нормальная = число г-экв / 1000 мл раствора

•моляльная = число молей / 1000 г растворителя

•γ = 10-3 мг = 10-6 г; 1 мг/л = 1 γ/л

•1 ppm (parts per million) = 10-6 = 10-4 об.%

•1 ppb (parts per billion) = 10-9 = 10-7 об.%

ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

18