книги / Организация контроля качества среды обитания. Экологический контроль

проявляющаяся в изменении их геохимических характеристик: увеличении значения pH, аккумуляции долгоживущих загрязнений, изменении параметров гумусового состояния и ряда других показателей.

Особое значение для среды обитания человека имеют почвы урбанизированных территорий. История градостроительства неизбежно связана с изменением рельефа, изменением качества и формированием нового состояния природных (зональных) почв – техногенных почв, так называемых техноземов (урбаноземов). Городские почвы принято рассматривать как особые биологические системы, отличные по ряду свойств от природных. Они характеризуются высокой мозаичностью и неравномерностью профиля, значительным уплотнением, щелочной реакцией среды, загрязнением. Отличием в механизмах загрязнения является существенно большая концентрация загрязнения на относительно небольшой территории. Характерными загрязняющими веществами для урбанизированных территорий являются компоненты пылегазовых выбросов, хозяйственнобытовые, промышленные и ливневые стоки, в ряде случаев твердые отходы, размещенные на промышленных площадках. Увеличение площади городов и развитие инфраструктурных объектов оказывает существенное влияние на зонирование внутригородских территорий. Актуальной проблемой многих городов является перепрофилирование старых промышленных площадок, требующее обязательной оценки экологического состояния и разработки мероприятий по санации.

Почвы урбанизированных территорий несут повышенную антропогенную нагрузку, вследствие этого происходит процесс деградации почвенных профилей. И в то же время урбаноземы выполняют важные экологические функции в экосистеме города, главными из которых являются: пригодность для произрастания зеленых насаждений, способность сорбировать в толще загрязняющие вещества и удерживать их от проникновения в почвенно-грунтовые воды, са- нитарно-эпидемиологическая безопасность и т.д.

100

точников загрязнения расстояние до станции КФМ должно составлять не менее 100 км. Если это выполнить невозможно, то станцию следует расположить таким образом, чтобы повторяемость воздушного потока, обусловливающего перенос загрязняющих веществ от источника в направлении станции, не превышала 20–30 %.

Базовые станции

Региональные

станции

Континентальные

станции

Расположены в наиболее чистых местах, в горах, на изолированных островах. Основная задача функционирования – контроль за глобальным фоновым уровнем загрязнения атмосферы, не испытывающий влияния никаких локальных источников

Расположены в сельской местности не менее чем в 40 км от крупных источников загрязнения. Задача функционирования – обнаружение в районе станции долгопериодных колебаний атмосферных составляющих, обусловленных изменениями в природопользовании и другими антропогенными воздействиями

Расположены в отдаленных районах, где в радиусе 100 км не было источников, которые могли бы повлиять на локальные уровни загрязнения

Рис. 2.1. Категории станций комплексного фонового мониторинга

Оборудование станций включает наблюдательный полигон и химическую лабораторию. Наблюдательный полигон – площадка 50×50 м, на которой размещаются пробоотборные установки и измерительные приборы (рис. 2.2), в ряде случаев наблюдательные скважины. Площадка находится на ровном участке ландшафта с малой степенью закрытости горизонта, вдали от строений, лесных по-

41

лос и других препятствий, способствующих возникновению локальных атмосферных возмущений. На полигоне выполняется отбор проб атмосферного воздуха и атмосферных осадков, воды, почвы, растительности, а также проводятся гидрометеорологические и геофизические измерения.

Рис. 2.2. Пробоотборная площадка станции КФМ

Химическая лаборатория располагается на расстоянии не ближе 500 м от наблюдательного полигона. В лаборатории проводятся обработка и анализ той части проб, которая не подлежит пересылке

врегиональную лабораторию: определение содержания в атмосферном воздухе взвешенных частиц, сульфатов и диоксида серы; рН, электропроводности в атмосферных выпадениях.

Программа наблюдения реализует принципы фонового мониторинга – комплексное изучение содержания загрязняющих веществ

ватмосферном воздухе, атмосферных осадках, поверхностных водах, донных отложениях, почве, растительности и тканях животных.

Вобязательную программу наблюдений включены наблюдения за аэрозольной мутностью атмосферы, радиацией, концентрацией диоксида серы и взвешенных частиц, химическим составом осадков.

Перечень контролируемых веществ составлен с учетом их распространенности и устойчивости в окружающей среде, способности к миграции на большие расстояния, степени негативного воздействия на биологические объекты (табл. 2.2).

42

средованно и в основном связано с характерными миграционными свойствами загрязняющих веществ, накапливающихся в ней.

В качестве объекта контроля качества среды обитания чаще всего выступают почвы земель сельскохозяйственного назначения, земель населенных пунктов и земли, отведенные под объекты промышленности, энергетики, транспорта и других сфер деятельности государства, например, космической деятельности. Согласно российскому законодательству все земли страны делятся на категории по целевому назначению, конкретный участок может быть отнесен только к одной категории земель (Земельный кодекс РФ).

Недро- и землепользование в некоторых случаях сопряжено с возможностью масштабных нарушений и загрязнения земель. Нарушение земель – процесс, происходящий при добыче полезных ископаемых, выполнении геолого-разведочных, изыскательских, строительных и других видов освоения земель, приводящий к нарушению почвенного покрова, образованию техногенного рельефа и другим изменениям состояния земель, например, изменению гидрологического режима. Нарушенные земли, утратившие свою хозяйственную ценность, часто являются источником загрязнения сопряженных с почвами компонентов природной среды, воздуха и водных объектов на прилегающих территориях. К загрязненным относят почвы, для которых факты изменения физических, химических и биологических параметров оцениваются визуально или дистанционным способом, контактными и биологическими методами исследования представительных проб. Разнообразные виды недро- и землепользования, продолжительность воздействия техногенного, интенсивность нарушения природных слоев, а также такие частные вопросы, как обращение с отходами производства и потребления, соблюдение промышленной безопасности, использование тех или иных приемов рекультивации загрязненных участков территорий определяют уровень загрязнения почв, а в некоторых случаях возможность использования земель согласно установленной категории.

В зонах интенсивного антропогенного воздействия имеет место механическая и химическая трансформация почвенного покрова,

99

4. ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

4.1. Общие сведения о почве как объекте контроля

Почвы являются поверхностным слоем земной суши, важнейшим природным ресурсом и рассматриваются как биогенный элемент биосферы, сформированный на протяжении миллионов лет в результате почвообразовательных процессов преобразования горных пород. Не требуется доказательств, подтверждающих значение качества почвы в вопросах национальной продовольственной безопасности, сохранения биосферы и функционирования конкретных экосистем. Почва является связующим звеном между атмосферой, гидросферой и живыми организмами и играет важную роль в процессах обмена веществ между живой и неживой природой.

В почвенном слое постоянно и одновременно протекают процессы ферментативного каталитического окисления, восстановления и гидролиза с обогащением почв неорганическими и органическими веществами. Слой почвы является биологическим адсорбентом и нейтрализатором загрязнений, а обитающие в ней микроорганизмы играют важную роль в процессах самоочищения и обеспечении замкнутости круговорота веществ.

Почва относится к природным компонентам, в которых аккумулируется загрязнение. По сравнению с подвижными средами – газовой и водной (атмосфера и объекты гидросферы) – почва может дольше оставаться в загрязненном состоянии и тем самым приводить к нарушению экологического равновесия, формировать отрицательную экологическую нагрузку для локальных территорий.

Считается, что факты загрязнения атмосферного воздуха и водных объектов очевидны и требуют лишь уточнения уровней превышения допустимых значений, а процессы деградации и изменения в почве, связанные с ее загрязнением, малозаметны. Токсичное действие загрязненной почвы на организм человека оказывается опо-

98

Таблица 2.2 Контролируемые показатели в программе фонового мониторинга

	Контролируемые		Компоненты окружающей среды
		Атмо-	Атмосфер-	Поверхност-	Почва	Биота
	показатели	сфера*	ные выпа-	ные и подзем-
			дения	ные воды
	Пыль	+	–	–	–	–
	Диоксид серы	+	–	–	–	–
	Озон	+	–	–	–	–
	Оксид углерода	+	–	–	–	–
	Диоксид углерода	+	–	–	–	–
	Углеводороды	+	–	–	–	–
	3,4-бенз(а)пирен	+	+	+	+	+
	Хлорорганические
	соединения	+	+	+	+	+
	Cl–F углеводороды	+	–	–	–	–
	N,Р-содержащие	–	+	+	+	+
	вещества
	Анионы и катионы	–	+	–	–	–
	Радионуклиды	–	+	–	–	–
	Тяжелые металлы	+	+	–	–	–

* Пробы воздуха отбирают на высоте 2 м от подстилающей поверхности.

Программа наблюдений может быть расширена за счет увеличения числа определяемых в атмосфере газов, в частности малых газовых компонентов, объемная концентрация которых менее 1 % и которые, преобразуясь в атмосфере, могут превратиться в аэрозольные частицы.

Наблюдения сопровождаются расширенной программой метеорологических наблюдений, включая: температуру и влажность воздуха; скорость и направление ветра; атмосферное давление; облачность (количеством, формой, высотой); атмосферные явления (туман, метели, грозы, пыльные бури, и т.п.); атмосферные осадки

43

(количество и интенсивность); снежный покров (высота, содержание влаги); температура почвы (на поверхности и в глубине); радиация (прямой, рассеянной, суммарной и отраженной) и радиационным балансом; градиент температуры, влажности и скорости ветра на высоте 0,5–10 м; градиент температуры, влажности почвы на глубине 0–20 см; тепловой баланс.

Периодичность наблюдений и гидрометеорологических работ.

Отбор и анализ среднесуточных проб воздуха, метеорологические, гидрологические и актинометрические наблюдения – ежедневно.

Атмосферные осадки: интегральная проба за декаду, снежный покров оценивается по интегральной пробе, отобранной по всей глубине в период максимального влагосодержания перед таянием.

Поверхностные воды исследуются 6 раз в год с учетом гидрологического режима: начало, середина и спад половодья, летняя и зимняя межень, паводок. Донные отложения, поверхностный слой почвы и растительность – 1–2 раза в год.

Ткань диких животных исследуется не чаще чем через 3–5 лет. Основные методы для контроля приоритетных загрязняющих

веществ следующие:

О3 – спектрофотометрический метод, основанный на поглощении УФ-излучения при λ = 250…280 нм, и хемилюминесцентный;

SO2 – кулонометрия, флуориметрия, спектроскопия, пламенная фотометрия;

NОx – хемилюминесцентный;

тяжелые металлы – атомно-абсорбционная спектрофотометрия и др.;

3,4-бенз(а)пирен и другие полиароматические углеводороды – газовая хроматография, жидкостная хроматография, люминесцентная спектроскопия.

В настоящее время в мире действуют около 9 тыс. станций на суше, производящих наблюдения по программе фонового мониторинга, из них 350 полностью или частично автоматизированы. В табл. 2.3 представлена программа мониторинга на станции КФМ на территории Германии.

44

ся подавление под действием токсичной среды некоторых биохимических процессов, протекающих в клетках и ферментных системах.

Основное требование к реакции тест-объекта – наличие выраженной зависимости фиксируемых отклонений от нормы в зависимости от концентраций загрязнения в воде. Кроме этого, реакция на токсичность исследуемой водной среды должна позволять наблюдать и регистрировать количественные значения тест-реакций с необходимой точностью и достоверностью. Дополнительным требованием к процедуре измерения тест-реакции может быть условие получения в максимально сжатые сроки «отклик» на появление в воде токсичных веществ или высоких концентраций, что, в свою очередь, требует элементов автоматизации контроля и возможности преобразования регистрируемых тест-реакций в величины характеристик токсичности воды. Методы биотестирования, в которых процедуры измерения тест-реакции рассчитаны на длительный период наблюдения, находят применение для контроля водных объектов со стабильным качеством воды.

Вопросы для контроля

1.В чем заключаются особенности наблюдений за состоянием и загрязнением природных вод? Какие показатели являются наиболее информативными при оценке загрязнения соленых и пресных вод?

2.Какие станции используют для наблюдений загрязнения

морей?

3.Объясните особенности организации наблюдений в водотоках и водоемах, назначение пунктов и створов наблюдений. Как определяется достаточное количество створов?

4.Какие виды программ существуют в организации наблюдений качества поверхностных вод суши. Какие гидрологические, гидрохимические и гидробиологические показатели включают в программы? По каким группам показателей оценивается качество воды

вместе водозабора?

5.Объясните особенности методов биоиндикации и биотестирования при оценке качества воды.

97

терпретации регистрируемых показателей. Для целей биотестирования природных сред и техногенных объектов (сточной воды, почв, отходов, гуминовых препаратов, наноматериалов и др.) используются: простейшие – инфузории Paramecium caudatum; низшие ракооб-

разные – дафнии Daphnia magna, цериодафнии Ceriodaphnia affinis;

микроводоросли – пресноводные – Chlorella vulgaris и морские – Phaelodactylum tricornutum; высшие растения (семена однодольных и двудольных); млекопитающие – культура половых клеток быка in vitro (цитотоксичность); бактерии – биолюминесцентная тестсистема «Эколюм». Часто для получения точного результата исследования выполняются одновременно с тест-организмами, представляющими разные трофические уровни. К тест-организмам предъявляются следующие требования: простота культивирования или хранения для использования, достаточная чувствительность к содержащимся в воде токсикантам, опасным для человека; возможность использования особей одного возраста, для того чтобы снизить возможные вариации чувствительности и связанные с ними показатели оценки токсичности. В качестве тест-объекта широко применяются рачки Daphnia magna Straus (класс Crustacea, отряд

Cladocera), как тест-объект этот вид организмов-фильтраторов повсеместно используется в национальных и международных исследованиях качества воды. Примером тест-объекта, который используется в системах биомониторинга на водозаборах (г. Санкт-Петербург), является узкопалый речной рак – Astacus leptodactylus.

При проведении исследований необходимо учитывать влияние на тест-объекты абиатических факторов и диапазоны их изменений. К числу таких факторов относятся концентрация загрязнения, продолжительность экспозиции тест-организмов в токсической среде, температуру воды и др. При выборе длительности опытов необходимо учитывать биологию тест-объектов, характер действия исследуемого вещества. Наиболее часто используются тесты по критериям выживаемости и плодовитости, кроме этого оцениваются рост особей, подвижность или другие поведенческие характеристики, типичные для тест-объекта, в расширенных исследованиях оценивает-

96

Таблица 2.3 Программы наблюдения на станциях мониторинга атмосферы в ФРГ

Станции

Периодичность наблюдений параметров

Газообразные загрязняющие вещества

Взвешенные вещества

Метео-

наблюдения

пара-

Осадки

SO2

NOx

O3

CO2

CH4, KW

PAN

Hg

TSP

SM

метры

Ansbah

R

R

R

R

R

Aukrug

R

R

R

R

R

W

Bassum

R

R

R

R

R

Brotjacklriegel

R

R

R

R

R

M

R

T/W

Dueselbach

R

R

R

R

R

R

M

R

T/W

Falkenberg

R

R

R

R

R

W

Gittrup

R

R

R

R

R

Helgoland

R

R

R

T

R

W

Leinefelde

R

R

R

R

R

W

Lehnmuhle

R

R

R

R

R

W

Luckendorf

R

R

R

R

R

W

Melpitz

R

R

R

R

R

W

Murnauer Moos

R

R

R

R

W

Neuglobsow

R

R

R

R

R

R

M

R

T/W

Regnitzlosau

R

R

R

R

R

W

Schorfheide

R

R

R

R

R

Schmucke

R

R

R

3T

R

M

R

T/W

Schauinsland

R

R

R

R

R

R

R

M

R

T/W

Ueckermunde

R

R

R

R

R

W

Waldhof

R

R

R

R

3T

R

R

M

R

T/W

Westerland

R

R

R

R

R

M

R

T/W

Zingst

R

R

R

R

R

R

R

R

M

R

T/W

Zugspitze

R

R

R

R

R

R

R

Периодичность наблюдений: Т – ежедневно; R – каждые 30 мин; М – ежемесячно; W – еженедельно; 3Т – каждые 3 дня.

Газы: PAN – пероксиацилнитрат; KW – углеводороды. Пыль: TSP – все взвешенные вещества; SM – тяжелые металлы.

Метеопараметры: температура воздуха; направление и скорость ветра; относительная влажность; давление; количество осадков.

Осадки: локализация; кислотность; электроповодность; содержание

SO4, NO3, NH4, Cl, Ca, Na, Mg, K; на 4 станциях тяжелые металлы (Pb, Cd, Cu, Mn, Fe, Zn, As).

45

2.3. Организация наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха на локальном уровне

Принципы организации регулярных наблюдений за уровнем загрязнения атмосферного воздуха на территориях, испытывающих непосредственное влияние множества источников загрязнения, изложены в ГОСТ 17.2.3.01–86 и РД 52.04.186–89 «Руководстве по контролю загрязнения атмосферы». В основу системы наблюдений положены: регулярность, единство принципов наблюдений, репрезентативность расположения поста наблюдений за загрязнением (ПНЗ) на территории населенного пункта.

Городские ПНЗ разделяют по типу зоны наблюдения (природная, жилая, промышленная) и типу поста (фоновый, городской, промышленный, автотранспортный). Различают стационарные, маршрутные, передвижные (подфакельные) и автоматические ПНЗ (рис. 2.3, 2.4).

Павильоны стационарного и маршрутного ПНЗ оборудованы приборами для отбора проб воздушной среды (аспираторы) и газоанализаторами. ПНЗ должны размещаться вне аэродинамической тени зданий и зеленых насаждений на открытой, проветриваемой площадке с непылящим покрытием. Местоположение поста выбирается на основе предварительного исследования загрязнения воздушной среды, при этом предполагаемое место размещения не должно подвергаться влиянию отдельного источника загрязнения и должно отражать характерное состояние воздушной среды населенного пункта или района города.

Количество и размещение постов определяется с учетом численности населения, площади населенного пункта или района, рельефа местности, индустриализации, особенностей улично-дорожной сети, наличия зон отдыха и лечебно-профилактических учреждений. В зависимости от численности населения устанавливается: 1 пост – до 50 тыс. жителей; 2 поста – 50–100 тыс. жителей; 2–3 поста – 100– 200 тыс. жителей; 3–5 постов – 200–500 тыс. жителей; 5–10 постов – более 500 тыс. жителей; 10–20 постов (стационарных и маршрутных) – более 1 млн жителей.

46

Для учета разнообразия фауны введено условное понятие «группа» живых организмов, под которой понимают для одних организмов – отряды, для других – классы, семейства, рода. В соответствии с количеством «групп» и качественным составом биоценоза рассчитывают значение биотического индекса, характеризующего класс вод по степени загрязнения: очень чистые воды имеют индекс 8–10, чистые воды – 5–7, умеренно загрязненные – 3–4, загрязненные – 1–2, грязные – 0–1, сильно загрязненные – 0.

С целью регистрации изменений биологических показателей при действии токсичных веществ, поступающих в водные объекты, применяется метод биотестирования. Этот метод оценки токсичности водной среды является необходимым дополнением к химическому анализу. Биотестирование – использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) среды на организм или его отдельную функцию. Методы биотестирования характеризуются универсальностью, простотой и доступностью приемов их постановки, высокой чувствительностью тест-организ- мов к минимальным концентрациям токсических агентов и быстротой, поэтому они широко используются для контроля токсичности сточных вод, проведения экспресс-анализа в санитарно-гигиениче- ских целях и др. Например, в целях обнаружения резких изменений качества питьевой воды результаты биотестирования могут быть более показательными, чем идентификация загрязнения физико-хими- ческими методами, особенно в тех случаях, когда органолептические свойства исследуемой пробы воды не вызывают опасений. К достоинству современных методов биотестирования можно отнести возможность использования портативных приборов для исследований.

В России допускается использование методик биотестирования, которые внесены в Госреестр и РД 118-02–90 «Методическое руководство по биотестированию воды».

Результаты биотестирования зависят от выбора тест-организ- мов, условий проведения исследований, выбора и правильной ин-

95

Вобрастаниях обнаруживаются зеленые нитчатые водоросли

иэпифитные диатомеи, в илах – черви, личинки хирономид, моллюски.

Олигосапробная зона (о) характеризует практически чистые водоемы с незначительным содержанием нестойких органических веществ и небольшим количеством продуктов их минерализации. Содержание кислорода и угольной кислоты не претерпевает заметных колебаний в дневные и ночные часы суток.

Цветения водорослей, как правило, не наблюдается. В донных отложениях содержится мало органического детрита, автотрофных микроорганизмов и бентосных животных (червей, личинок хирономид и моллюсков). Показателями чистоты воды в этой зоне являются некоторые красные водоросли и водные мхи.

Внастоящее время количество зон сапробности увеличилось

изависит от происхождения исследуемых вод. Так, выделяют ксеносапробную зону – это вода чистых горных ручьев, родников, ледниковых рек, характеризующаяся присутствием органических веществ в следовых количествах, минимальным содержанием минеральных соединений и небольшим видовым разнообразием биоценоза. Для оценки уровня загрязнения сточных вод в зависимости от структуры биоценоза используются понятия: метасапробная зона (преобладают бесцветные жгутиконосцы и бактерии), гиперсапробная зона (преобладают бактерии и грибы), ультрасапробная (живые организмы отсутствуют).

Вкачестве количественного показателя используют индекс сапробности, который рассчитывается как совокупность индивидуальных характеристик сапробности видов. Использование этого метода оценки для контроля качества воды трудоемко, требует больших

временных затрат и наличия квалифицированных специалистов. В настоящее время более широкое распространение получил метод оценки состояния водоема по составу зообентоса – метод Вудивисса. Отличием этого метода является использование в качестве индикаторов не отдельных представителей флоры и фауны, а более крупных таксономических единиц.

94

Стационарный пост

Маршрутный пост

Предназначен для обеспечения регулярного отбора проб воздуха для последующего лабораторного анализа или регистрации содержания загрязняющих веществ в полуавтоматическом режиме. Оборудован метеостанцией, аспираторами для отбора проб до 10 загрязняющих веществ или газоанализаторами

Предназначен для регулярного отбора проб воздуха для последующего лабораторного анализа. Организуется для детального изучения состояния воздуха в отдельных районах города; в случае невозможности, нецелесообразности установления стационарного поста и для уточнения места его планируемого расположения. Оборудован метеостанцией, аспираторами для отбора проб расширенного перечня загрязняющих веществ, газоанализаторами

Передвижной (подфакельный) пост

Автоматический пост контроля

Предназначен для отбора проб под факелом выбросов с целью выявления зоны распространения. Оборудован метеостанцией, аспираторами для отбора проб загрязняющих веществ, присутствующих в выбросах, экспресс-определите- лями, газоанализаторами.

Предназначен для непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ. Представляет собой комплекс технических и программных средств, обеспечивающих работу метеостанции, аспираторов и измерительной техники для определения до 25 загрязняющих веществ. Предусматривает возможность контроля радиационной обстановки (измерение мощности дозы гамма-излучения и др.)

Рис. 2.3. Посты наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха

47

Метеорологический пост	Автоматический пост контроля
	на границе санитарно-защитной зоны

Стационарные посты

Маршрутные и передвижные посты

Рис. 2.4. Внешний вид постов наблюдения для оценки уровня загрязнением атмосферного воздуха в населенных пунктах

48

Мезосапробную зону (m) подразделяют на α- и β-мезосапроб- ную зоны. В α-мезосапробной зоне (α-m) начинается аэробный распад органических веществ с образованием аммиака, содержится много свободной углекислоты, кислород присутствует в малых количествах. Метан и сероводород отсутствуют. Количество загрязнения, определяемого по БПК, все еще очень велико: десятки миллиграммов кислорода на литр. Количество сапрофитных бактерий составляет десятки и сотни тысяч в 1 мл.

В воде и донных отложениях протекают окислительно-восстано- вительные процессы; железо присутствует в закисной и окисной формах, ил сероватой окраски. В α-m-зоне развиваются организмы, обладающие большой выносливостью к недостатку кислорода и высокой концентрации угольной кислоты. Преобладают растительные организмы с гетеротрофным и миксотрофным питанием. Отдельные организмы имеют массовое развитие. Обильно развиваются бактериальные зооглеи, нитчатые бактерии, грибы, из водорослей – осциллатории, стигеоклониум. Животные организмы представлены сидячими инфузориями (Carchesium), встречаются коловратки (Brachionus), много окрашенных и бесцветных жгутиковых. В илах присутствуют щетинковые черви Tubifex и личинки водных двукрылых-хирономид.

β-Мезосапробная зона (β-m) характерна для водоемов, почти освободившихся от нестойких органических веществ, распад которых дошел до образования окисленных продуктов (полная минерализация). Количество сапрофитных бактерий составляет тысячи клеток в 1 мл и резко увеличивается в период отмирания водной растительности. Концентрация кислорода и углекислоты сильно колеблется в течение суток: в дневные часы содержание кислорода в воде доходит до пересыщения и углекислота может полностью исчезать; в ночные часы наблюдается дефицит кислорода в воде. В илах много органического детрита, интенсивно протекают окислительные процессы, ил желтой окраски. Для этой зоны характерно большое разнообразие животных и растительных организмов. В массе развиваются растительные организмы с автотрофным питанием, наблюдается цветение воды.

93

1.Использование организмов-индикаторов, характерных для водоемов с разным уровнем загрязнения.

2.Сравнение видового разнообразия, численности и биомассы гидробионтов с использованием количественных показателей биоценозов или различных индексов.

Принцип оценки качества воды по зонам сапробности (от греч. sapros – гниение, разложение) предполагает, что деструкция загрязнений в процессе самоочищения происходит последовательно: от зоны сильного загрязнения к зоне чистой воды. Каждая зона сапробности характеризуется специфическими условиями среды (физикохимические свойства воды) и структурой биоценоза. Первоначально было выделено три зоны сапробности: полисапробная – зона сильного загрязнения водной среды; мезосапробная – зона умеренного загрязнения; олигосапробная – малозагрязненная зона.

Полисапробная зона (р) характеризуется высоким содержанием нестойких органических веществ и наличием продуктов их анаэробного распада. В воде в значительных количествах присутствуют белковые вещества. Биологическое потребление кислорода (БПК) составляет десятки миллиграммов на литр. Фотосинтез отсутствует. Кислород может поступать в воду только за счет атмосферной деаэрации, и так как он полностью потребляется на окисление в поверхностных слоях, то в воде практически не обнаруживается. Вода содержит метан и сероводород. Для этой зоны характерно наличие большого числа сапрофитной микрофлоры, представленной сотнями тысяч и даже миллионами клеток в 1 мл. В донных отложениях кислород отсутствует, протекают восстановительные процессы, железо находится в форме FeS, содержится много органического детрита, ил имеет черную окраску с запахом сероводорода.

В этой зоне в массе развиваются растительные организмы с гетеротрофным типом питания: сапрофитные бактерии, нитчатые бак-

терии (Sphaerotilus), серные бактерии (Beggiatoa thiotrix), бактери-

альные зооглеи (Zooglea ramigera), из простейших – инфузории, бесцветные жгутиковые.

92

Посты располагаются в жилых районах с разным типом застройки, районах, наиболее подверженных влиянию стационарных источников выбросов. В населенных пунктах со сложным рельефом и значительным числом источников загрязнения 1 стационарный пост устанавливается на площади 5–10 км2, а в равнинной местности – 1 пост на 10–20 км2.

Регулярные наблюдения на стационарных постах проводятся по одной из четырех программ наблюдений:

а) полной – предназначенной для получения информации о разовых и среднесуточных концентрациях примесей, наблюдения выполняются непрерывно (автоматическими устройствами) или дискретно не менее 4 раз при обязательном отборе в 1.00, 7.00, 13.00, 19.00 ч;

б) неполной – с целью получения информации о разовых концентрациях примесей ежедневно в 7.00, 13.00, 19.00 ч;

в) сокращенной – с целью получения информации только о разовых концентрациях примесей ежедневно в 7.00 и 13.00 ч. Наблюдения по сокращенной программе проводятся в районах, где температура воздуха ниже 45 °С, и в местах, где в течение месяца систематически отмечаются концентрации ниже порога чувствительности метода анализа данного вещества;

г) суточной – для получения информации о среднесуточной концентрации примесей, проводится путем непрерывного суточного отбора проб и не позволяет получать разовые значения концентрации.

На стационарных ПНЗ используются серийно выпускаемые комплекты лабораторий (например, ПОСТ-1, ПОСТ-2а) с высокой степенью производительности оборудования и возможностью автоматизации процедур отбора проб и замера метеорологических параметров. Примерами современных ПНЗ являются измерительный комплекс ООО «АналитКомплект», технические разработки группы компаний «Экрос» и др. Автоматические станции мониторинга атмосферного воздуха внедрены в г. Санкт-Петербурге. В состав ПНЗ входят системы отбора проб, автоматического измерения некоторых примесей (оксиды азота, оксид углерода, метан, диоксид серы, угле-

49

водороды), метеостанция, а также системы отопления, освещения. Обычно пост проводит измерения содержания в воздухе 4–8 загрязняющих веществ, но учитывая экологическую нагрузку крупных промышленных узлов, число контролируемых показателей можно менять, достигая при соответствующем техническом оборудовании ПНЗ 20 и более компонентов.

Наблюдения на маршрутных и передвижных постах проводят-

ся с помощью специальной лаборатории с набором оборудования и приборами для отбора проб воздуха, установленной на шасси автомобиля. Отбор проб воздуха с использованием маршрутного ПНЗ организуется из расчета 8–10 отборов проб за 8-часовой рабочий день. Комплектация поста позволяет количественно определить содержание основных загрязняющих веществ (оксиды азота, оксид углерода, диоксид серы, взвешенные вещества и др.), а также приоритетные загрязнители (аммиак, сероводород, сумма углеводородов, озон и др.). Полуавтоматические переносные приборы и газоанализаторы могут быть использованы для определения содержания аварийно опасных химических веществ, для экспресс-определений органических веществ используют портативные хроматографы. Одновременно с отбором проб воздуха определяют метеорологические параметры: атмосферное давление, направление и скорость ветра, температуру и относительную влажность воздуха. В период неблагоприятных метеоусловий наблюдения выполняют через каждые 3 ч.

Отечественными производителями предлагаются различные комплектации передвижных лабораторий «Атмосфера-2», «АМ-73», «Авто-ЭКОЛАБ» и др., которые предусматривают не только аналитические комплексы определения загрязняющих веществ и метеостанцию, но и оборудование для накопления, обработки и передачи данных.

Маршрутным и стационарным постам присваивается порядковый номер, их местоположение наносится на план города. Порядок объезда маршрутных постов составляется таким образом, чтобы отбор проб на каждом из них осуществлялся в разное время суток.

50

Для оперативного контроля и управления качеством поверхностных вод на отдельных участках водотоков внедряются автоматизированные станции контроля, позволяющие в режиме реального времени с применением физико-химических методов анализа одновременно определять до 40 показателей качества воды. Среди измеряемых загрязняющих веществ приоритет остается за веществами, отражающими присутствие компонентов хозяйственно-бытовых стоков, промышленных сточных вод: нитритный, нитратный и аммонийный азот, фосфаты, а также проводятся измерения рН, мутности, содержание растворенного кислорода. Измерения и калибровка выполняются в автоматическом режиме несколько раз в сутки. Имеется возможность расширения контролируемых показателей, в том числе измерений уровня воды, что позволяет выполнять расчеты расходных характеристик водного потока и оценивать водный баланс и вынос загрязнения в другие участки водного объекта.

Станции для оперативного контроля качества воды оборудованы устройствами для отбора пробы в случаях обнаружения превышений постоянного контролируемого перечня показателей. Эта проба воды может быть дополнительно проанализирована в условиях лаборатории для подтверждения результатов измерений автоматизированной станции или использоваться для контроля по расширенному перечню показателей.

3.4.2. Биологические методы оценки качества воды

Оценка степени загрязнения водоема по составу живых организмов позволяет установить достоверно его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения. Биологические методы оценки качества воды основаны на изучении зависимости состава биоценоза от условий, характеризующих уровень загрязнения водоема. В настоящее время применяются две основные системы биологической индикации (биоиндикации) водоема:

91