Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
А.Н. Голицын
А.Н. Голицын
ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ И МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
Учебник
Допущено
Министерством образования и науки
Российской Федерации в качестве учебника
для студентов учреждений среднего профессионального
образования
Издано при финансовой поддержке
Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям
в рамках Федеральной целевой программы
«Культура России»
Москва
ОНИКС
2007
УДК 504 ББК 2018 Г60
Рецензент: чл.-корр. Российской экологической академии, директор-координатор общественного движения «Здоровый город, здоровье москвичей» профессор В.И. Хомич
ISBN 978-5-488-00994-3 © Голицын А.Н., 2007
© 000 «Издательство Оникс», 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 6
Введение 9
Глава 1. Промышленная экология 13
1.1. Общие закономерности производственных
процессов 18
от загрязнения воды на предприятиях 54
и эколого-промышленные парки 95
Глава 2. Процессы и аппараты
зашиты природной среды 101
2.1. Методики расчета аппаратов очистки
газовых выбросов 101
2.2. Методики расчета аппаратов очистки сточных вод 115
2.3. Методика расчета теплообменных аппаратов 130
3
Глава 3. Мониторинг загрязнения природной среды 145
3.1. Мониторинг как многоцелевая
информационная система 146
3.2. Организация системы мониторинга
природной среды в России 151
за состоянием природной среды 159
3.3. Общие сведения о методах наблюдений 162
3.4. Наблюдения за загрязнением
атмосферного воздуха 170
3.4.1. Организация сети наблюдений
за загрязнением атмосферного воздуха 171
3.4.2. Выбор места контроля загрязнения
и его источника 173
постах 192
3.4.9. Наблюдения за загрязнением
атмосферного воздуха автотранспортом 193
за уровнем загрязнения атмосферы 202
4
3.5. Наблюдения за загрязнением природных вод 203
3.5.1. Формирование сети пунктов контроля
качества поверхностных вод 205
с помощью комплексных лабораторий 224
за загрязнением природных вод 233
3.6. Наблюдения за загрязнением почв 233
проб почвы 237
загрязнения почв 246
3.6.6. Обобщение результатов наблюдений
за загрязнением почв 249
3.7. Оценка состояния загрязнения
окружающей среды 250
масштабов загрязнения 270
3.8. Основы прогнозирования загрязнения
природной среды 271
3.8.1. Основные виды прогнозов
и методы прогнозирования 272
5
Глава 4. Приборы измерения и контроля
загрязняющих веществ 284
Приложения 321
Литература 332
Локальной экосистеме — семье автора: жене, Татьяне Яковлевне, и дочерям, Ольге и Юлии Голицыным, — посвящаю
ПРЕДИСЛОВИЕ
«Промышленная экология» и «Мониторинг загряз нения природной среды» — главные учебные дисципли ны в подготовке специалистов-экологов в учреждениях среднего экологического образования; наряду с курсом «Экологическая экспертиза» они включены в Государст венный выпускной экзамен по специальности 3201 «Ох рана окружающей среды и рациональное природопользо вание».
Настоящий учебник соответствует примерным про граммам Государственного образовательного стандарта по специальности 3201 нового поколения (2004 г.). Эти про граммы претерпели значительные изменения и по обще му количеству учебных часов (а следовательно, по объему учебного материала), и по содержанию, и по современно му подходу к изучению экологии, и по описанию новых экологических приборов. Впервые в учебник включен раздел «Процессы и аппараты защиты природной среды», в котором описаны методики расчета аппаратов. Это не только дополнит и углубит изучение промышленной эко логии, но и повысит уровень практической подготовки специалистов-экологов среднего звена: темами их дип ломных работ могут быть разработка и расчет тех или иных эффективных очистных сооружений.
Учебник состоит из четырех глав («Промышленная эко логия», «Процессы и аппараты защиты окружающей сре ды», «Мониторинг загрязнения природной среды», «При боры измерения и контроля загрязняющих веществ») и Приложений.
Глава 2 «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» дополняет главу 1 «Промышленная экология»; глава 4 «Приборы измерения и контроля загрязняющих веществ» является практическим руководством к главе 3:
7
без знания экологических приборов невозможно проведе ние мониторинга загрязнения природной среды. В При ложениях приведен практический материал, необходимый в работе специалистов-экологов (ПДК загрязняющих ве ществ, формы экологической отчетности, промышленные источники выброса вредных веществ и т. п.).
Спецификой подготовки специалистов среднего звена является постановка акцента на практическом примене нии знаний, что учтено автором при работе над учебни ком. В дальнейшем было бы целесообразным для каждой из дисциплин разработать лабораторные практикумы, так как ввиду ограниченного объема учебника нет возмож ности привести подробные рекомендации по проведению производственной практики, лабораторных работ и прак тических занятий.
При разработке учебника был обобщен многолетний опыт преподавания автором экологических дисциплин в учебных заведениях среднего экологического образования.
При написании главы 1 использованы материалы про фессора РХТУ им. Д.И. Менделеева В.А. Зайцева (по со гласованию с ним) и несколько схем из наглядного посо бия Д. Квасничковой и В. Камины; глава 2 написана при участии Н.С. Кухарь; при написании главы 4 автор ис пользовал ряд наработок Е.А. Мухиной.
Автор глубоко благодарен В.А. Зайцеву, А.И. Радионову, Д. Квасничковой, И.И. Мазуру, Н.С. Кухарь, В.Д. Вало вой, А.А. Бэккеру, Т.В. Акаеву, В.В. Тарасову, Н.Е. Кручи-ниной, Е.А. Мухиной, А.Г. Муравьеву, В.Н. Денисову.
В создании учебника неоценимую помощь автору ока зали академики )Н.Н. Моисеев) и А.Г. Назаров; разработ чики утвержденных примерных программ Государствен ного образовательного стандарта по специальности 3201 Г.М. Яровая, Е.С. Андреева, Е.Р. Егорова, Н.Т. Голови-
на. Автор выражает признательность 1Е.И. Николаевой А.В. Николаеву, М.Н. Бурлаковой и Т.Я. Голицыной — за помощь в подготовке рукописи.
Автор с благодарностью примет пожелания и замеча ния в адрес настоящего учебника.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время экологическую ситуацию в мире и в России можно оценить как неблагоприятную. По образ ному выражению академика Н.Н. Моисеева, колебания экологического маятника, закрепленного уже не сверху, а снизу, становятся невозвратными, неустойчивыми. Если маятник закреплен сверху, то после воздействия на него он возвращается в спокойное вертикальное состояние. Если же маятник закреплен снизу, после толчка он может отклониться настолько, что в вертикальное состояние уже не сможет вернуться; ему нужны подпорки. По мнению Н.Н. Моисеева, одна подпорка уже есть — это общечело веческие табу (законы и запреты, в том числе религиоз ные). Вторую подпорку — экологическую — человечеству еще необходимо создать. Ею может стать всемирный за прет: «Не навреди природе, в которой живешь!» Только в этом случае человечество может жить в условиях устойчи вого равновесия.
Буквально за одно прошлое столетие перед человечес твом возник ряд мировых проблем, вызванных техничес ким прогрессом. Наиболее значительные из них:
— парниковый эффект. Вызван колоссальным вы бросом в атмосферу промышленными предприятиями и транспортом трехатомных газов (главным образом дву окиси углерода) и пыли. Землю окутывает «одеяло» из газов, лучи Солнца не переизлучаются от Земли в кос мос, что приводит к потеплению климата и таянию лед ников;
9
Все перечисленные беды Земли связаны с ростом про мышленного производства и увеличением количества транспортных средств.
Сегодня недостаточно только знать о ноосфере и тро фических цепях — надо иметь понятие об очистных со оружениях и уметь их создавать и рассчитывать, как не достаточно родить ребенка — его надо защищать и на учить выживанию. Недостаточно вырастить дерево — необходимо вырастить минимум сорок деревьев (вместе со студентами автор посадил на пустырях Москвы около двух тысяч саженцев).
ю
При изучении промышленной экологии необходимо прежде всего обратить внимание студентов на техно логические процессы тех отраслей промышленности и транспорта (с точки зрения экологов, промышленность и транспорт неразделимы), которые загрязняют природу в большей степени. Наибольший «вклад» в загрязнение окружающей среды вносят энергетика, металлургия, хи мическое производство, промышленность строительных материалов, транспорт, особенно в мегаполисах.
Естественно, в рамках одной дисциплины изучить все технологии невозможно, но существуют общие законо мерности их экологического совершенствования, о кото рых должен знать эколог-практик: принципы создания экологически чистых производств, рациональное исполь зование отходов производства, применение водооборот-ных циклов, наболее эффективные способы захоронения ядовитых отходов, создание территориально-производствен ных комплексов и т. д.
Специалист-эколог среднего звена должен знать клас сификацию загрязняющих веществ и их предельно допус тимые концентрации (ПДК) с учетом специфики того или иного типа производства; конструкции эффективных аппаратов защиты окружающей среды (отстойников, скрубберов, циклонов и т. п.) и простейшие методы их расчета; порядок проведения экологического контроля на производстве, включая обнаружение с помощью прибо ров экспресс-анализа неплановых источников вредных выбросов и способы их устранения; он должен уметь составлять экологический паспорт предприятия. Именно техники-экологи на производстве измеряют объем вред ных выбросов и ведут экологическую отчетность. Их практический вклад на этом уровне даже более весом, чем вклад инженеров-экологов.
Мониторинг загрязнения природной среды отличается от производственного экологического контроля по мас штабу измерений, их регулярности, а также по обобще нию полученных данных и прогнозированию экологичес кой ситуации.
И
В рамках дисциплины «Мониторинг загрязнения при родной среды» выпускник учреждения среднего экологи ческого образования должен:
Глава 1 ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
Цель изучения курса «Промышленная экология» — освоение знаний в области защиты окружающей среды от промышленных выбросов вредных веществ в атмосферу и поверхностные воды, а также от твердых и жидких отхо дов, загрязняющих почву.
Дисциплина «Промышленная экология» является ос новой изучения курсов рационального природопользова ния и охраны окружающей природной среды.
Промышленные выбросы отрицательно влияют на ок ружающую среду. Снижение их количества и изменение (улучшение) их качества должно обеспечить охрану здо ровья населения Земли. Необходимо оперативное вмеша тельство в процесс загрязнения природы, иначе уже в се редине настоящего столетия человечество может оказать ся на грани экологической катастрофы.
Рис. 1.1. Влияние технического прогресса на развитие цивилизации
13
На рис. 1.1 приведена схема негативного влияния тех нического прогресса на развитие цивилизации.
Как уже указывалось выше, основными техногенными проблемами на пороге XXI в. являются:
Рис. 1.2. Круговорот азота и его соединений в природе
14
На рис. 1.2 показан техногенный круговорот вредных веществ в природе на примере соединений азота.
Академик В.И. Вернадский в работе «Химическое стро ение биосферы Земли и ее окружение» писал: «Ни один живой организм в свободном состоянии на Земле не нахо дится. Все эти организмы неразрывно и непрерывно связа ны — прежде всего питанием и дыханием — с окружающей их материально-энергетической средой. Вне ее природ ных условий они существовать не могут». Вода, воздух и земля имеют свойство поглощать и очищать ядовитые вы бросы. Однако в настоящее время этому наступил предел.
На рис. 1.3 показана схема взаимосвязи человека с окружающей средбй. Из схемы видно, что в результате взаимодействия человека с воздухом, водой и почвой возникают промышленные и бытовые отходы, которые после очистки и переработки возвращаются в окру жающую среду, однако их ценность с точки зрения удовлетворения запросов человека в значительной мере снижается.
Рис. 1.3. Схема взаимодействия человека с природой:
газообразная среда; жидкая среда; твердая среда;
взаимосвязь
Технология включает конкретные технологические системы (ТС). Для окружающей среды наиболее вредо-
15
носными являются следующие ТС: энергетика, транспорт (особенно автомобильный в крупных городах), металлур гия, химическое производство, строительная промышлен ность, сырьевое производство.
К сожалению, на производство необходимой для чело века продукции затрачивается только 2% сырья, все ос тальное превращается в отходы; некоторые из них ток сичны (опасны для здоровья). На каждого жителя разви тых стран приходится около 20 т сырья в год, а расходы на обезвреживание и переработку отходов достигают 10% от суммарных расходов на производство продукции.
Проблему рационального природопользования подраз деляют на две части: защиту окружающей среды от за грязнения отходами производства и быта; повторное ис пользование материальных и энергетических ресурсов — их называют вторичными материальными ресурсами (BMP) и вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР). Идеально было бы организовать производство так, чтобы в масштабах завода, региона, страны основными были BMP и ВЭР, а первичное сырье шло бы только на вос полнение потерь и расширение производства.
Промышленная экология — это наука, которая изуча ет экономическую деятельность людей и управление ма териальным производством во взаимосвязи с фундамен тальными биологическими, химическими и физическими глобальными системами. Предмет изучения промышлен ной экологии — эколого-экономические и эколого-пра-вовые системы. В отличие от других экологических наук промышленная экология является наиболее функци ональной, так как рассматривает взаимосвязь материаль ного (промышленного) производства со средой обитания человека.
В природе 90% энергии расходуется на разложение и возвращение веществ в биогеохимический кругооборот, в системе же взаимодействия человека с природой основ ное количество энергии используется в производстве и потреблении необходимой человеку продукции, а матери альное сырье в основном превращается в отходы.
16
Промышленная экология решает проблемы рациональ ного использования природных ресурсов, предотвращения (на первом этапе — ограничения) загрязнения окружаю щей среды, совмещения техногенного и биогеохимиче ского кругооборотов веществ. Иначе говоря, промышлен ная экология служит средством обеспечения устойчивого функционирования эколого-экономических систем.
Перед промышленной экологией поставлены и такие за дачи, как контроль загрязнения окружающей среды (и как высшая форма контроля — мониторинг), анализ экологи ческой ситуации. В широком понимании контроль вклю чает в себя инвентаризацию материальных и энергетиче ских ресурсов, качественную и количественную оценку влияния человека на окружающую среду и поиск путей снижения отрицательного воздействия на нее промыш ленности. К числу задач промышленной экологии отно сятся также: определение и ранжирование отраслей-за грязнителей и источников загрязнения; поиск путей снижения вредных выбросов источниками загрязнения с учетом снижения материальных затрат на природоохран ную деятельность; прогнозирование последствий хозяйст венной деятельности; экологизация промышленных тех нологий; очистка воздуха и воды; решение проблем ис пользования или захоронения твердых промышленных и бытовых отходов, а также эколого-экономическая экспер тиза вновь принимаемых проектов и технических решений.
Средства решения задач, стоящих перед промышлен ной экологией, включают в себя современные достиже ния науки и техники, экономические рычаги (налогооб ложение, стимулирование) и природоохранное законода тельство (еще Платон выдвигал принцип: «Кто загрязняет, тот и платит»).
Для комплексного решения экологических проблем создаются территориально-производственные комплексы (ТПК) и эколого-промышленные парки, в которых реализу ются следующие методы, применяемые в промышленной экологии:
— предупреждение отрицательного влияния производ ства на окружающую среду;
17
С точки зрения экологии в природе материальные по токи являются замкнутыми, в то время как в промышлен ности эти потоки рассредоточены и характеризуются ма лыми концентрациями полезных веществ в отходах, что мешает их эффективному использованию.
Важнейшие направления промышленной экологии — экологизация технологий, создание малоотходных про цессов, очистка от вредных примесей атмосферы и вод ных ресурсов, переработка твердых отходов (или их захо ронение), использование экономических и правовых ры чагов для охраны окружающей среды.
Отсюда очевидны значение и роль промышленной экологии в современном мире. Как метко выразились И. Ильф и Е. Петров, не надо объявлять кампанию по уборке мусора: надо взять метлу и подмести улицу.
1.1. Общие закономерности производственных процессов
Основным принципом экологизации производства не обходимой человеку продукции в промышленности, так же как и медицине, является принцип: «Приносить поль зу и не вредить» (Гиппократ).
В настоящее время, когда человек хочет получить для себя слишком много благ, реализовать этот древний прин цип (ему около 2500 лет) чрезвычайно трудно. Для произ-
18
водства пищи, одежды, жилья необходимо переработать много сырья и сжечь много топлива. К сожалению, сде лать это, не нанося ущерба окружающей среде, невоз можно. Однако пути снижения вредного воздействия промышленности на природу существуют. И прежде всего можно назвать следующие:
Наиболее простым и дешевым (хоть и не самым эффективным) является первый путь.
Технология — это приемы и способы получения, обра ботки или переработки сырья, материалов или изделий, реализуемые в различных отраслях промышленности. Ор ганизация технологий и производственных процессов с точки зрения экологии носит иерархический характер, т. е. имеет расположение элементов целого в порядке от высшего к низшему.
Совершенствование существующих технологий дол жно проходить по всем направлениям производства, но главным образом это касается самого технологического процесса, аппаратуры, сырья, продукции и организации ее производства.
Технологический процесс является операцией добычи, обработки, переработки, транспортирования, складирова ния и хранения сырья и продукции производства.
С экологической точки зрения наиболее эффективны следующие приемы и способы снижения вредного воз действия промышленности на окружающую среду:
— комплексное использование сырьевых и энергети ческих ресурсов. Как правило, более 30% стоимости сы рья приходится на сопутствующие элементы. Например, в нефтеперерабатывающем производстве нефть очищает ся от серы, и эта элементарная чистая сера, естественно, должна использоваться в химической промышленности.
19
Что касается энергоресурсов, то, безусловно, целесооб разно использовать тепло уходящих газов печей в котлах-утилизаторах (например, использование ВЭР) и направ лять его в виде воды и пара для различных (не только технологических) нужд предприятия. Использование ВЭР приносит двоякую экологическую пользу: снижает тепло вое загрязнение атмосферы и косвенно уменьшает сте пень загрязнения окружающей среды за счет того, что для получения необходимого количества тепла и электро энергии не требуется сжигать топливо с выбросом в ат мосферу С02 и NOx;
20
21
Из приведенных выше приемов и способов снижения вредного воздействия промышленности на окружающую среду видно, насколько многообразна и трудна работа по совершенствованию производства с точки зрения эко логии.
При выборе эффективных малозагрязняющих техно логий применяют эколого-экономические подходы, для чего разрабатывают общегосударственные стандарты.
1.2. Экологически чистые производства
Известно, что чисто не там, где убирают, а там, где не сорят. Если уборка — это очистка на предприятии вред ных выбросов, то «не сорить» позволяют разработка и внедрение малоотходных (или безотходных) технологий.
22
По определению, принятому Европейской экономи ческой комиссией по малоотходным технологиям, без отходная (экологически чистая) технология — это такой способ осуществления производства продукции (процесс, предприятие, производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы — производство — потребление — вторичные ресурсы» (так, чтобы любые воздействия на окружающую среду не нарушали ее нор мальное функционирование).
К сожалению, абсолютно чистым промышленное про изводство быть не может, но его отрицательное влияние на окружающую среду необходимо сводить к минимуму, т. е. заменять «грязные» производства на малоотходные.
Малоотходным является такое производство, при кото ром вредное воздействие на окружающую среду не пре вышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами; при этом часть сырья и материалов переходит в отходы, которые направляют на захоронение.
Чистое производство характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природо охранной стратегии, предотвращающей загрязнение окру жающей среды, с тем чтобы понизить риск для человече ства. Применительно к процессам — это рациональное использование сырья и энергии; исключение применения токсичных сырьевых материалов; уменьшение количества всех выбросов и отходов, образующихся в процессе про изводства, а также степени их токсичности. Чистое про изводство означает уменьшение воздействия продукта на окружающую среду в течение всего его жизненного цик ла — от добычи сырья до утилизации (или обезврежи вания) после использования. Чистое производство дости гается улучшением технологии, применением ноу-хау и изменением управления производством и способов ути лизации побочных продуктов.
Решению проблемы создания малоотходных произ водств способствуют природоохранное законодательство Российской Федерации, а также применение экономиче-
23
ских рычагов (стимулирование экологических мероприя тий, налоговые льготы, льготное кредитование экологиче ски чистого производства, а также специальное налогооб ложение экологически вредной продукции).
Основные принципы создания и развития малоотход ных технологий:
24
центрации (ПДК) вредных веществ, т. е. сохранение такого состояния окружающей среды, при котором антропогенное воздействие не вызывает ее отрицательных изменений.
Критерием полноты использования ресурсов является коэффициент безотходности К6, который, например, для химической и нефтехимической промышленности опре деляется по формуле
К& = f • Км • Кэ • Ка,
где / — эмпирический коэффициент пропорциональнос ти; Км — коэффициент использования материальных ре сурсов; Кэ — коэффициент полноты использования энер гетических ресурсов; Ка — коэффициент соответствия производства энергетическим требованиям.
Естественно, Кб не может быть меньше нуля и больше единицы. Если Кж больше 0,8—0,9, предприятие малоот ходное; если же Км равен 0,9—0,98 — безотходное.
Направления создания малоотходных производств можно разделить на технические и организационные. Ос новные технические направления:
25
иметь в виду, что для их получения требуется значитель ный расход энергоресурсов, выработка которых связана со сжиганием топлива — процессом, загрязняющим ат мосферу пылью, окислами азота и углерода. Примером эффективного применения кислорода в кипящем слое может служить кислородно-взвешенная плавка цветных металлов, разработанная в Гинцветмете;
К организационным направлениям внедрения малоот ходных производств относятся:
— системная организация производства, обеспечиваю
щая взаимосвязь производственных, социальных и при
родных процессов. Примером может служить создание
замкнутых водооборотных схем (в частности, на МНПЗ
26
помимо замкнутой водооборотной схемы завода имеются внутренние водооборотные циклы в каждом цехе). При этом снижаются расходы на водоподготовку, потери воды в технологическом процессе и количество вредных вы бросов. Осадки после очистки воды перерабатывают и ис пользуют в виде вторичного сырья. Интересно отметить, что ранее складируемые шлаки уральских металлургиче ских комбинатов содержат значительное количество ме талла и на современном уровне развития металлургии мо гут служить сырьем для вторичной его выплавки;
27
пользуют на другом, а также решают вопросы рацио нального размещения жилых построек. Пример — Ново московский азотно-туковый квмбинат: жилой массив располагается в 30 км от него — с учетом розы ветров, что позволило резко снизить влияние соединений азота на здоровье людей.
Научно обоснованная политика государства при со здании ТПК могла бы привести к реализации техниче ского кругооборота веществ и энергии вначале в от дельных регионах, а затем в масштабах всей страны;
Таким образом, экологизация технологий, создание и развитие малоотходных производств должны рассматри ваться во взаимосвязи для реализации одной цели — сни жения отрицательного антропогенного влияния на окру жающую среду.
1.3. Источники воздействия на окружающую среду
Основными отраслями, загрязняющими окружающую среду (ОС), являются транспорт (особенно автотранспорт мегаполисов), энергетика, черная и цветная металлур гия, машиностроение, химическое производство (в том числе нефтеперерабатывающая отрасль), промышленность строительных материалов, легкая и пищевая промышлен ность, а также сельское хозяйство.
28
Промышленные и транспортные источники воздействия на окружающую среду определяются типом производства и видом используемого сырья. Источники загрязнения ат мосферы (см. Приложение 1) классифицируют по:
Транспортные источники загрязнения окружающей среды
Негативное влияние на окружающую среду в той или иной мере оказывают все виды транспорта, однако мак симальное количество загрязняющих веществ выбрасывает автомобильный транспорт. В крупных городах выбросы автотранспорта составляют свыше 80% всего количества выделяемых вредных веществ. В результате резкого уве личения количества легковых и грузовых автомобилей со кратилось использование железных дорог, речного и мор ского флота. В США количество автомобилей увеличи вается в 2 раза быстрее, чем численность населения; автомобили расходуют 63% общего объема потребляемой в стране нефти, а в Японии, Западной Европе и развиваю щихся странах — 40—50%. В большинстве крупных горо дов до 90% оксида углерода попадает в воздух вместе с выхлопными газами от автомобильных двигателей вслед ствие неполного сгорания углерода в моторном топливе. В городском воздухе оксид углерода содержится в боль шей концентрации, чем любой другой загрязнитель. На автомобили приходится около 45% годового выброса в атмосферу оксидов азота и более 35% — углеводородов, и прежде всего метана. Наиболее опасными транспортны ми загрязнителями являются бенз-а-пирен, обладающий канцерогенными свойствами, и тетраэтилсвинец (мутаген).
29
При сгорании дизельного топлива выделяется сернис тый газ, который, растворяясь в воде, образует серную кислоту, вызывающую коррозию металлов.
В воздухе городов присутствуют частицы свинца, об разующиеся при сгорании бензина, в который вводят со единения этого металла для повышения октанового чис ла. Значительное накопление свинца происходит в почве придорожных полос. При интенсивности движения более 3000 проездов автомобилей в сутки содержание свинца в полосе может достигать 50—55 мг на 1 кг почвы при нор ме 10 мг/кг.
Транспорт способствует накоплению в атмосфере пы ли. По сравнению с атмосферой над океаном загрязнен ность атмосферы над небольшим городом в 30—35 раз, а над крупным — в 50 раз больше. Покрытые бетоном и ас фальтом автомобильные магистрали и автостоянки спо собствуют быстрому стоку воды и тем самым ухудшают состояние почвы из-за использования солей, применяе мых во избежание оледенения дорожного полотна.
Тепло- и гидроэнергетические источники загрязнения окружающей среды
Продукты сгорания минерального топлива на тепло-электростациях (ТЭС) являются одним из основных ис точников загрязнения атмосферы. Энергетические уста новки во всем мире ежегодно выбрасывают в атмосферу около 1 млрд т золы и 400 млн т сернистого ангидрида. В результате сжигания топлива концентрация углекис лого газа в атмосфере планеты увеличивается ежегодно на 0,03%. Зола, сажа и пыль, содержащиеся в воздухе, уменьшают прозрачность атмосферы. Кроме того, в со став газообразных отходов, выбрасываемых в воздушный бассейн энергетическими установками, использующими в качестве топлива продукты переработки нефти и уголь, входит сернистый газ (S02) — одно из наиболее опасных для здоровья человека химических соединений. В некото рых районах, где размещены крупные топливно-энерге тические комплексы, концентрация токсичных веществ в выбросах ТЭС в 4—7 раз превышает норму.
зо
Значительное воздействие на окружающую среду оказывают золовые и шлаковые отвалы ТЭС, которые в зависимости от состава золы, типа консервации, фи зико-географических и климатических характеристик местности могут загрязнять прилегающие территории (в том числе грунтовые и поверхностные воды) тяжелыми металлами и вредными соединениями. С поверхностей золоотвалов ветер поднимает золу, образуя пыльные бу ри, ухудшающие санитарную обстановку прилегающих районов. Золоотвалы могут приводить к катастрофиче ским последствиям для природных комплексов окружаю щих их территорий и наносить значительный материаль ный ущерб. В настоящее время золошлаковые отвалы занимают в России площадь более 35 тыс. га.
На рис. 1.4 приведены энергетические источники вы бросов вредных веществ в атмосферу.
Самостоятельную экологическую проблему представ ляет сброс сточных вод ТЭС в водоемы. Со сточными во дами ТЭС сбрасывают целый ряд загрязняющих веществ, в том числе нефтепродукты, хлориды, сульфаты, соли тя-
Энертеские, AHeproycraH0BtaV^ I I t \
Электроэнергия
X
Тепловая энергия (в случае комбинированного производства теплоты и электроэнергии) Факторы воздействия на окружающую среду
2.
Т.
Тепловое загрязнение
Радиоактивное
загрязнение
(АЭС)
Экологическое влияние аква-торий (ГЭС)
Загрязнение продуктами сгорания
Выбросы
в атмосферу
Выбросы
продуктов
сгорания
(шлаки)
Изъятие из
оборота
территорий
Отвод теплоты с воздуш ными потоками
Электромагнитное воздействие
Отвод теплоты в циркуля ционных
водных системах
Радиоактивное воздействие с
вентиляционны ми потоками
Радиационное
воздействие с
охлаждающей
водой
Проникающая радиация
Радиоактивные отходы
Затопление полезных площадей
Воздействие на климат
Воздействие на
флору и фауну
в районе
акваторий
Рис. 1.4. Источники выбросов вредных веществ в энергетике
31
желых металлов. В России сброс сточных вод ТЭС в во доемы составляет около 5% всех сбросов.
В металлургам основными источниками загрязнения ОС являются различного типа металлургические печи (доменные печи, конверторы, медеплавильные агрегаты и т. п.). Часть этих источников приведена в Приложении 5. Особенно опасны для природной среды крупные печи цветной металлургии из-за большого выброса соединений тяжелых металлов.
Химическая промышленность характеризуется такими источниками загрязнения, как ректификационные колон ны, аппараты производства аммиака и различных кислот и другие химические агрегаты (см. Приложение 4).
Промышленность строительных материалов загрязняет ОС главным образом за счет выброса пыли из печей, при меняемых при производстве цемента, стекла, кровельных материалов и керамики. Эксплуатация высокотемпера турных печей приводит и к загрязнению природной сре ды выбросами оксидов углерода, азота и серы.
В машиностроении вредные вещества выбрасываются из вагранок, печей, разливочных машин и другого обору дования, применяемого при металлообработке. Особенно опасные вещества выделяются в гальванических цехах.
В легкой и пищевой промышленности помимо выбро сов общих загрязнителей (оксидов азота и углерода) име ет место загрязнение воды анилином (красильные цехи легкой промышленности) и солодом (аппараты пищевого производства).
Если сельское хозяйство рассматривать как отрасль промышленности, то здесь источники выбросов (и сбро сов) вредных веществ — избыточно внесенные в почву химические удобрения и пестициды. При этом происхо дит не только загрязнение почвы, но и ухудшение качест ва воды в реках и озерах.
Помимо химического загрязнения природной среды происходит и ее физическое загрязнение за счет шума, вибрации, различного вида ионизирующего излучения и выброса избыточного тепла.
32
Источники физического загрязнения природной среды
Шумом называют акустический беспорядочный звук различной физической природы (см. Приложение 3). Источниками шума являются станки, применяемые для обработки различных материалов, штамповочные маши ны, механизированный инструмент, прессы, системы вентиляции. Весьма значительный уровень шума со здают транспорт (особенно в часы пик), процессы про дувки пара на ТЭЦ, работа разливочных машин в метал лургии.
Вибрация — это совокупность механических колеба тельных движений, повторяющихся через короткие про межутки времени; они передаются человеку при непо средственном контакте с движущимися аппаратами или их частями. Источниками вибрации являются возврат но-поступательные движущиеся системы, неуравнове шенные вращающиеся массы и ударный инструмент. На ибольшим уровнем шума и вибрации характеризуются машиностроение, транспорт, энергетика и металлургия.
Ионизирующее излучение — это излучение электромаг нитных волн при радиоактивном распаде и ядерных пре вращениях. При этом основными излучателями являются такие радиоактивные вещества, как уран-238, йод-131, стронций-90, газ радон и др. Основные источники радио активного излучения — реакторы АЭС, отходы производ ства и использования радиоактивных материалов, шлаки ТЭЦ, рентгеновские аппараты.
Источниками электромагнитного излучения являются трансформаторы, антенны, генераторы волн различной длины, лазеры, электробытовые приборы (печи СВЧ, те левизоры, компьютеры, неисправные розетки и т. п.), ли нии электропередач, системы автоматики, соленоиды и магниты.
Тепловым загрязнением называют антропогенное пре вышение температуры окружающей среды выше допусти мого или комфортного уровня. Как и другие виды излуче ния, тепловое загрязнение отрицательно воздействует на человека. Основными источниками теплового загрязне-
2-5998
33
ния ОС являются котлы и турбины ТЭЦ, металлургиче ские печи, высокотемпературные аппараты производства промышленных материалов, химические агрегаты. Эти источники, а также дым из труб промышленных пред приятий становятся причиной превышения температуры в воздухе городов по сравнению с температурой в сель ской местности. Тепловое загрязнение поверхностных вод происходит из-за горячих промышленных сбросов. Для предприятий энергетики, металлургии, машиностроения, химической промышленности необходимо весьма значи тельное количество охлаждающей воды. Сброс горячей воды от этих источников загрязнения приводит к повы шению температуры воды в реках и озерах, а следователь но, к изменению экологических систем в них: в водоемах происходит изменение концентрации кислорода, цвете ние водорослей и угнетение биоты.
Стационарные и передвижные источники воздействия на окружающую среду
К стационарным источникам относится оборудование промышленных и бытовых предприятий, а также сельско го хозяйства; передвижным источником загрязнения яв ляется транспорт.
Доля передвижных источников (транспортных средств) загрязнения атмосферы, воды и почвы существенно вы ше, чем стационарных. Общее количество загрязняющих веществ, поступивших в атмосферный воздух на террито рии Российской Федерации от передвижных источников, в 2000 г. составило 13 257,7 тыс. т, включая следующие виды транспорта:
тыс. т %
Автомобильный Железнодорожный Воздушный Морской
Внутренний водный Дорожные машины
11824,2 89,2
871,0 6,6
152,0 1,1
92,0 0,7
80,0 0,6
238,5 1,8
34
Принцип работы автомобильных двигателей основан на превращении химической энергии жидкого и газооб разного топлива нефтяного происхождения в тепловую, а затем — в механическую энергию. Жидкое топливо в ос новном состоит из углеводородов, газообразное наряду с углеводородами содержит негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При сгорании топлива в цилиндрах дви гателей образуются нетоксичные и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся окись углерода СО, углеводороды CmHn, ок сиды азота. Кроме перечисленных веществ вредное воз действие на организм человека оказывают вьщеляемые при работе двигателей соединения свинца, канцерогенные вещества, в том числе бенз-ос-пирен, сажа и альдегиды.
Основным токсичным компонентом отработавших га зов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при неполном окислении углерода топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях. Основной источник токсичных веществ, выделяю щихся при работе дизелей, — отработавшие газы, в том числе оксид серы.
Наиболее неблагоприятными режимами работы яв ляются малые скорости и холостой ход двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на стан дартных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. Отработавшие газы бензинового двигателя с неправильно отрегулированными системой зажигания и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 2—3 раза. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания содержат около 200 .ком понентов. Период их существования длится от несколь ких минут до 4—5 лет. По химическому составу и свойст вам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы.
2*
35
Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе требует внимания углекислый газ (С02), содержание которого в отработавших газах в настоящее время не нормируется, однако вопрос об этом ставится в связи с особой «ролью» С02 в образовании парникового эффекта.
Вторая группа. К этой группе относят только одно ве щество — оксид углерода, или угарный газ (СО). Являясь продуктом неполногр сгорания нефтяных видов топлива, он не имеет цвета и запаха, легче воздуха. В кислороде и на воздухе оксид углерода горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты *и превращаясь в углекислый газ. Оксид углерода обладает отравляющим действием. Отравле нию угарным газом часто подвержены водители автотранс портных средств при ночевках в кабине с работающим двигателем или при прогреве двигателя в закрытом гараже.
Третья группа. В ее составе — оксиды азота, главным образом N0 — оксид азота и N02 — диоксид азота. Это газы, образующиеся в камере сгорания при температуре 2800 °С и давлении около 1 МПа. Оксид азота — бесцвет ный газ; он не взаимодействует с водой и малорастворим в ней, не вступает в реакции с растворами кислот и щело чей. При обычных атмосферных условиях N0 полностью превращается в N02 — газ бурого цвета с характерным за пахом. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углубле ниях, канавах и представляет большую опасность при тех ническом обслуживании транспортных средств.
Для человеческого организма оксиды азота еще более вредны, чем угарный газ. Общий характер воздействия меняется в зависимости от содержания различных окси дов азота. При контакте диоксида азота с влажной по верхностью (слизистые оболочки глаз, носа, бронхов) об разуются азотная и азотистая кислоты, раздражающие слизистые оболочки и поражающие альвеолярную ткань легких. При высоких концентрациях оксидов азота (0,004—0,008%) возникают астматические проявления и
36
отек легких. Вдыхая воздух, содержащий оксиды азота в высоких концентрациях, человек не ощущает этого и по тому не предполагает отрицательных последствий для себя. При длительном воздействии оксидов азота в концентра циях, превышающих норму, люди заболевают хрониче ским бронхитом, воспалением слизистой желудочно-ки шечного тракта, страдают сердечной слабостью, а также нервными расстройствами.
Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, т. е. соединения типа СхНу — этан, метан, бензол, ацетилен и другие токсичные вещества. Углеводороды токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно-со судистую систему человека. Углеводородные соединения отработавших газов наряду с токсичным обладают и кан церогенным действием. Канцерогены — вещества, спо собствующие возникновению и развитию злокачествен ных новообразований.
Под действием ультрафиолетового излучения Солнца углеводороды вступают в реакцию с оксидами азота, в ре зультате образуются новые токсичные продукты, являю щиеся основой смога. Главный токсичный компонент смога — озон.
К фотооксидантам также относятся угарный газ, со единения азота и др. Фотооксид анты биологически ак тивны, оказывают вредное воздействие на живые орга низмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболева ний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости.
Пятая группа. Ее составляют органические соедине ния — альдегиды.
В отработавших газах присутствуют в основном фор мальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Наибольшее количество альдегидов образуется при режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.
Формальдегид — бесцветный газ с неприятным запа хом, тяжелее воздуха, легко растворяется в воде. Он раз дражает слизистые оболочки человека, дыхательные пути,
37
поражает центральную нервную систему; обусловливает запах отработавших газов, особенно у дизелей. Акролеин, или альдегид акриловой кислоты, — бесцветный ядови тый газ с запахом подгоревших жиров. Оказывает раздра жающее воздействие на слизистые оболочки. Уксусный альдегид — газ с резким запахом и токсичным воздейст вием на человеческий организм.
Шестая группа. В нее входят взвешенные твердые ве щества: продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, на гар и другие, представляющие собой мелкодисперсные частицы (диаметром менее 1 мкм), способные находиться во взвешенном состоянии в течение суток. Они состоят из разных материалов, включая сажу, неорганическую зо лу, кислые сульфаты или нитраты, дым, содержащий по лициклические ароматические углеводороды, тонкодис персную пыль, остатки свинца и асбеста.
Сажа, создавая дымный шлейф за транспортным сред ством, ухудшает видимость на дорогах. Наибольший вред сажи проявляется в адсорбировании на ее поверхности бенз-ос-пирена, который в этом случае оказывает более сильное негативное воздействие на организм человека, чем в чистом виде. Поэтому уменьшение выбросов сажи — весьма актуальная задача, от решения которой зависят как экологические показатели воздушного бассейна, так и развитие дизельного транспорта в целом. В настоящее время для очистки отработавших газов дизелей от саже вых (твердых) частиц во многих странах находят приме нение сажевые фильтры.
Седьмая группа. В эту группу входят сернистые соеди нения — такие неорганические газы, как сернистый ан гидрид и сероводород, которые образуются в составе от работавших газов двигателя, если в транспортном сред стве применяют топливо с повышенным содержанием серы. В дизельном топливе по сравнению с другими вида ми топлива, используемыми на транспорте, присутствует значительно больше серы.
Для отечественных месторождений нефти (особенно в восточных районах) характерен высокий процент присут-
38
ствия серы и сернистых соединений. Поэтому и дизель ное топливо, получаемое по устаревшим технологиям, от личается более тяжелым фракционным составом и вместе с тем хуже очищено от сернистых и парафиновых соеди нений. Согласно европейским стандартам, введенным в действие в 1996 г., содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л, а по российскому стан дарту — 1,7 г/л. Наличие серы усиливает токсичность об работавших газов дизелей и является причиной появле ния в них вредных сернистых соединений. Сернистые соединения оказывают раздражающее воздействие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, могут привести к нарушению углеводного и белкового обмена и угнетению окислительных процессов, при высокой кон центрации (свыше 0,01%) — к отравлению организма. Сернистый ангидрид губительно воздействует и на расти тельный мир.
Восьмая группа. Компоненты этой группы — свинец и его соединения — встречаются в отработавших газах кар бюраторов автомобилей только при использовании эти лированного бензина с присадкой, повышающей октано вое число. Оно определяет способность двигателя рабо тать без детонации. Чем выше октановое число, тем более стоек бензин против детонации. Увеличение октанового числа бензина способствует снижению возможности на ступления детонации. В качестве присадки, повышающей октановое число, используют антидетонатор — этиловую жидкость Р-9. Бензин с добавлением этиловой жидкости становится этилированным.
В придорожном пространстве примерно 50% выбросов свинца в виде микрочастиц сразу распределяются на при легающей поверхности. Оставшееся количество в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем также оседает на землю вблизи дорог. Накопление свинца в придорожной почве приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными для сельскохозяйственного использования.
39
Источники выброса (сброса) загрязняющих веществ в ОС делят также на организованные и неорганизованные, регулируемые и нерегулируемые.
Организованные источники загрязнения — чаще всего стационарные, без них не может протекать технологи ческий процесс. Эти источники контролируются эко логическими службами предприятия, а также внешни ми экологическими службами и органами Санэпиднад-зора.
Неорганизованные источники загрязнения — это не плановые и чаще всего неучтенные источники выброса вредных веществ, которыми отличаются небольшие про изводства и вновь открытые коммерческие фирмы с недо статочным уровнем экологического обеспечения. Контро лировать такие источники весьма затруднительно, и поэто му они представляют особую опасность для ОС; к тому же отсутствие информации о них затрудняет проведение экологического прогнозирования. Основные направления борьбы с неорганизованными источниками загрязнения: проведение тщательного экологического мониторинга фонового загрязнения воздуха, воды и почвы; правильная организация работы экологической милиции (в том числе с учетом сигналов населения и общественности); ужесто чение требований системы экологической экспертизы при выдаче положительных решений на открытие новых производств и эксплуатацию существующего технологи ческого оборудования.
Регулируемые источники загрязнения — это организо ванные источники; основные направления работы с ни ми — снижение количества вредных выбросов, а также замена более опасных видов загрязнения менее опас ными (например, перевод автомобилей на газовое топ ливо).
Нерегулируемые источники загрязнения — это, как правило, источники выброса вредных веществ, происхо дящего в условиях чрезвычайной ситуации. В этих усло виях ограничить объем вредных выбросов весьма за-
40
труднительно. Однако и для этих источников разработа ны инструкции по безопасной работе технологического оборудования.
Основным требованием, предъявляемым к организато рам производства и экологическим службам, является сни жение количества неорганизованных и нерегулируемых источников загрязнения ОС и перевод их в организован ные и регулируемые источники. Экологические службы на федеральном и региональном уровнях проводят регу лярную инвентаризацию (учет) источников загрязнения ОС. Эту работу проводят также специалисты ОВОС с це лью выдачи экологической информации, необходимой для качественной работы экологической экспертизы, без положительного решения которой не может быть открыто ни одно новое предприятие в Российской Федерации. Методы проведения инвентаризации источников выбро сов вредных веществ в ОС и периодичность инвентариза ции зависят от вида источника загрязнения; она прово дится в соответствии с Государственными стандартами РФ по охране атмосферы, воды и почвы.
1.4. Охрана атмосферного воздуха на предприятиях
Критериями оценки объема выбросов веществ, загряз няющих атмосферу, по их видам являются предельно до пустимая концентрация (ПДК) и предельно допустимый выброс (ПДВ).
ПДК — это такая концентрация химического вещества или соединения, которая при ежедневном воздействии на человека в течение длительного времени не вызывает в его организме патологических изменений и заболеваний. Максимальная разовая ПДК (ПДКмр) установлена для рефлекторных ощущений человека (запах, свет) при крат ковременном (20 мин) воздействии. Среднесуточная ПДК (ПДКС с) не должна оказывать вредного влияния на орга-
41
низм человека в течение долговременного круглосуточно го воздействия.
ПДК основных веществ, загрязняющих атмосферу, приведены в Приложении 1.
Нормальные условия существования человека обеспе чиваются при соблюдении следующего неравенства:
пдк; + пдк^ + - + пдк;< '
где С|, с2, ..., сп — реальная концентрация веществ, мг/м3, мг/л, мг/кг; ЙДК^ ПДК2, ..., ПДК„ — предельно допус тимая концентрация веществ.
Научно-технический норматив ПДВ изменяется во времени и устанавливается для каждого источника орга низованного выброса при условии, что выброс вредных веществ при их рассеивании не создает приземной кон центрации, превышающей предельно допустимую.
Расчет ПДВ для дымовых труб промышленных пред приятий проводят по формуле
ТЩВ~ AF-mn '
где Н — высота дымовой трубы, м; V^ — количество ухо дящих дымовых газов, м3/с; Т = 7^ — Токр — разность между температурами уходящих газов и окружающего воздуха, °С; A, F, m, n — соответственно коэффициенты стратификации атмосферы, скорости оседания загряз няющего вещества, условий выхода газов из трубы.
Классификацию промышленных выбросов с учетом их ПДК проводят по следующим показателям:
Наибольшее влияние на качество атмосферы оказыва ют следующие вещества:
42
Радиоактивные вещества нормируются по предельно допустимой дозе облучения (ПДЦ). Значения ПДД при ведены в специальной литературе. Радиоактивный фон не должен превышать 20 мкР/ч; смертельный уровень ради ации — 200 Р и выше — в зависимости от веса человека. Классификацию веществ, загрязняющих атмосферу, по токсичности проводят исходя из их ПДК. Чем ниже ПДК, тем токсичнее вещество.
Наибольшей токсичностью обладают суперэкотокси канты (например, ПДК некоторых диоксинов в атмосфе ре достигает 5—10 мг/м3 — это молекулярный уровень), чрезвычайно опасны N-нитродиметиламин, бенз-а-пи рен, сероводород, нитробензол, фтористые соединения, фенол, дихлорэтан, аммиак, коксовая пыль. Из газовых загрязнителей, наиболее часто выбрасываемых в атмосфе ру, первое место занимают оксиды азота, второе — дву окись серы, третье — оксиды углерода. Если ранжировать их по степени относительной опасности, то верным будет соотношение 20 : 12 : 1.
Особое место среди загрязнителей ОС занимают ра дионуклиды. Этот джинн, выпущенный человеком из бу тылки в XX в., убивает живые клетки, и природа от него практически не самоочищается (периоды полураспада радионуклидов длятся годами и десятилетиями).
43
Классификация вредных веществ, загрязняющих воду и почву, приведена в Приложении 1.
Основные методы очистки газовых выбросов
Для промышленности и транспорта воздух является важнейшим сырьем; он необходим для горения топлива, для охлаждения, для транспортирования отходов.
Несмотря на то что за последнее время в России резко сократилось промышленное производство, средняя кон центрация оксидов азота и сероуглерода в воздухе превы шает ПДК, а формальдегида и бенз-а-пирена — 2 ПДК. В восьми городах нашей страны (в том числе в Москве) разовые вредные выбросы для трех веществ (NOx, S02 и фенола) превышают 10 ПДК.
Решение проблемы очистки дымовых газов предприя тий — это и забота о здоровье человека (по некоторым данным, причина 25% смертных случаев — отравленная атмосфера), и возможность возврата в производство цен ных веществ (из 1 т пыли, попадающей в воздух при плавке меди, можно извлечь 100 кг меди). В свое время установка котлов-утилизаторов на Норильском горно-ме таллургическом комбинате заинтересовала в первую оче редь технологов, а затем энергетиков, потому что эти кот лы-утилизаторы служат отстойниками пылевыноса из ме таллургических печей, а содержание ценных металлов в пылевыносе весьма значительно.
Газовые выбросы делят на твердые (в виде пыли), жидкие и газообразные; непрерывные и периодические (а также залповые); организованные и неорганизованные. Из них наиболее опасны неорганизованные выбросы, ко торые возникают при разгерметизации оборудования, а также из-за отсутствия или неудовлетворительной работы пылегазоочистных сооружений.
Работа над снижением вредных выбросов в атмосферу ведется в двух направлениях: собственно очистка дымо вых газов и по возможности устранение причин образова ния вредных веществ. Например, в энергетике приме няют целый ряд средств снижения образования оксидов серы и азота при сжигании топлива путем совершенство вания топочных процессов.
44
Методы очистки газовых выбросов классифицируют:
Механические методы очистки газов
Наиболее простыми в изготовлении и эксплуатации являются отстойники. На рис. 1.5 показана схема пыле-отстойника. Поток запыленного газа поступает в отстой ник, ударяется о верхнюю перегородку; крупные частицы оседают в первом бункере. Затем направление потоков га зов изменяется. Они минуют нижнюю перегородку, затем снова изменяют направление; в средний бункер оседает пыль с меньшим размером, и газы снова направляются вверх; и так далее до выходного патрубка.
Пылеотстойники имеют низкую степень улавливания (около 58%), они материалоемки, и для их размещения требуются значительные производственные площади.
ВЕРХНИЕ ПЕРЕГОРОДКИ
Рис. 1.5. Схема пылеотстойника
45
Эффективность механических методов очистки газо вых выбросов зависит от размера частиц выноса. Легче всего удаляются тяжелые частицы диаметром более 40 мкм, труднее всего — частицы размером менее 5 мкм.
Для увеличения эффективности пылеулавливания при меняют циклоны, в конструкции которых использован центробежный эффект. Схема циклона показана на рис. 1.6.
Подача запыленного газа осуществляется в верхнюю часть корпуса циклона по касательной. Поток газа закру чивается, поступает вниз, затем изменяет направление движения и через центральную трубу уходит вверх. При этом за счет изменения направления потока воздуха частицы пыли от 5 до 40 мкм попадают в бункер, откуда пыль регулярно удаляют и по возможности из нее извле кают ценные вещества для повторного использования в производстве.
Очищенные газы
Запыленные газы
*ш
d
Бункер
Пыль
46
Рис. 1.6. Схема циклона для пылеулавливания
Циклон улавливает около 65% пыли. Затраты на мате риалы для его изготовления меньше, чем для изготовле ния пылеотстойников. Чем меньше диаметр аппарата, тем больше степень крутки потока и, следовательно, тем выше эффективность циклона (но при этом возрастает сопро тивление циклона по воздуху, а значит, увеличивается расход электроэнергии на тягодутьевые устройства).
Для эффективной очистки газов их подают в циклон под давлением. При больших расходах газа циклоны объ единяют в мультициклоны.
Радикальным средством очистки газов от пыли явля ются фильтры различной конструкции. Эти аппараты просты в эксплуатации, но требуют затрат энергии на преодоление сопротивления фильтрующего элемента (тка ни, слоя зернистых материалов, перфорированных пере городок). Диаметр улавливаемых частиц зависит от разме ра ячейки фильтра. Степень очистки даже от мелких час тиц (менее 5 мкм) очень значительна (до 99,7%). При эксплуатации фильтра следует постоянно очищать его от налипшей пыли.
Мокрые пылеулавливатели также имеют высокую степень очистки (98,5%), но используемая при их работе вода быстро загрязняется, и ее необходимо постоянно очищать.
При выборе тех или иных аппа ратов газоочистки необходимо учи тывать экономические затраты.
Л Шлам
аппарата Рис. 1.7. Схема скруббера
Схема мокрого пылеулавливате ля — скруббера — показана на рис. 1.7. В скруббер запыленные газы пода ют снизу. Поднимаясь, они встре чаются с каплями орошающей во ды; пыль прилипает к каплям, осаждается в бункер скруббера и в виде шлама направляется на до-очистку и использование. Очищен ные газы удаляются из
47
сверху. В качестве орошающего агента в скруббер может подаваться химический реагент (например, известковое молоко). В этом случае в аппарате будет происходить и химическая очистка газов. В скруббере возможны потери воды за счет брызг и утечек из шлама. Эффективность улавливания мелких частиц (до 5 мкм) в этом аппарате составляет 90%.
Вода используется также в пенных пылеулавливателях и скрубберах Вентури, методики расчета которых приведены в гл. 2.
Электрофильтры применяют главным образом на ТЭЦ, при большом расходе уходящих газов и высокой их температуре (450 °С). При их работе происходит иони зация молекул электрическим разрядом. Под действием разряда пылинки осаждаются на коронирующем электро де. Степень очистки газов в электрофильтре — 97%. Пре имущества электрофильтров заключаются в их способ ности очищать газы от мелких частиц (от 0,2 мкм) и от казе от водопотребления; недостатки — в значительном расходе электроэнергии, необходимости чистить корони-рующий электрод с помощью встряхивающих устройств, а также в высоких требованиях к технике безопасности.
Для более эффективной очистки газов от пыли и ее рекуперации можно применять комбинированные мето ды. Туманы из газов удаляют с помощью фильтров или мокрых электрофильтров.
Физико-химические методы очистки газов
Аппараты для физико-химической очистки газов на зывают абсорберами; они представляют собой скрубберы, в которые подается не вода, а жидкий реагент. В отли чие от обычных скрубберов в абсорберах имеется насад ка для увеличения площади контакта жидкости и газов. В них происходит механическая и главным образом хи мическая очистка газов от таких вредных выбросов, как оксиды азота, серы, угля, от сероуглерода и меркаптанов. (Схему и метод расчета абсорбера — пенного улавливате ля — см. в гл. 2.)
48
Очистка газов от оксидов азота происходит следую щим образом: оксиды азота (N0) сначала абсорбируются водой в соответствии с реакциями
3N02 + Н20 = 2HN03 + NO
2N02 + N2C03 = NaN03 + С02
FeS04 + NO = Fe(NO)S04
После улавливания N0X загрязненная вода проходит очистку, например с помощью метода нейтрализации.
В промышленности наибольшее применение нашли методы очистки газов от оксидов серы с помощью извести (СаС03) и известняка (CaS03). Простейшая схема очист ки от S02 показана на рис. 1.8.
В результате превращений в ходе химических реакций после реакции с водой, известью или известняком оксид серы превращается в нейтральный в экологическом от ношении гипс (CaS04 • 2Н20), который используют в строительстве.
При очистке газов от сероводорода применяют раз личные абсорбенты типа Fe2C03. При этом следует иметь
CaCOJCaSOJ
Шлам
Рис. 1.8. Схема известкового (известнякового) метода очистки газов от SO,
49
в виду, что очистка газов от H2S (и сероуглерода CS2) связана с интенсивной коррозией металла труб и аппа ратов.
Очистку газов от соединений фтора и хлора проводят с помощью солей аммония и растворов щелочей.
Адсорбционная очистка газов протекает при их контак те с твердыми веществами (адсорбентами). Расход газов при этом не должен быть большим; процесс очистки в от личие от абсорбции может проводиться при повышенных температурах. Основными адсорбентами являются алю-могель, цеолиты и иониты. Наиболее эффективны мето ды адсорбционной очистки газов от растворителей, фено ла и этанола, от NOx, S02, фтора, хлора, сероводорода, ртути (с использованием марганцовой руды).
Каталитическую очистку проводят в специальных ре акторах, в которые вводят катализаторы, чтобы ускорить процесс увеличения глубины очистки газов. Напомним: катализаторы ускоряют ход химической реакции, но не вступают в нее; они имеют свойство загрязняться и «от равляться» (чаще всего серой) и поэтому нуждаются в ре генерации (восстановлении). Отходы регенерации катали заторов, как правило, ядовиты, и их требуется извлекать и захоранивать. На рис. 1.9 показана схема каталитической очистки газов от N0X, конструкция аппарата для которой была разработана автором настоящего учебника (автор ское свидетельство № 1663364).
Для очистки газов от оксидов серы применяют, как правило, ванадиевый катализатор. Каталитическая очист ка эффективна при удалении из газов органических ве ществ и оксида углерода.
Для высокотемпературного обезвреживания легко-окисляемых, токсичных и дурно пахнущих газов приме няют печи различных конструкций. В печах происходит сжигание вредных веществ в атмосфере кислорода. Ха рактерным примером очистки газов этим методом яв ляется применение факела на нефтеперерабатывающих заводах. Некоторые защитники природы считают факелы
50
чуть ли не основными загрязнителями, образующимися в процессе нефтепереработки, в то время как факел здесь является очистным сооружением: со всех производств нефтеперерабатывающего завода отработавшие газы с различным содержанием горючих веществ собирают в од ну магистраль, подают в трубу и на высоте 100 м сжигают. Выброс этих отходов производства без сжигания недопус тим, так как они не только ядовиты, но и взрывоопасны. (Автор предлагал установить на МНПЗ вокруг этого фа кела котел-утилизатор, однако по ряду причин, в том числе субъективных, это не удалось.) Преимущество ме тода сжигания вредных веществ — полная очистка газов от таких примесей с выделением оксида углерода и пара; недостаток — дополнительный расход топлива.
Очищенные газы
Бодана орошение
Вода на орошение
Аппарат с
активной
насадкой
Бодана охлаждение
Рис. 1.9. Схема каталитической очистки газов от NOv
51
Выбор метода очистки зависит от многих факторов: объема, расхода и температуры загрязненных газов, ха рактера загрязнения, начальной и конечной (требуемой) концентрации вредных веществ, содержания примесей, возможности вторичного использования отходов, нали чия химических веществ, необходимых для проведения процесса очистки. Каждый раз следует проводить техни ко-экономический расчет и выбирать вариант с наимень шими затратами.
Пылеосадительные камеры применяют для улавлива ния крупной пыли; циклоны — при концентрации пыли выше 2 г/м3 и незначительной глубине очистки; скруб беры мокрой очистки — при охлаждении газа и когда требуется высокая эффективность улавливания мелких частиц (если газы пожароопасны, нужно улавливать и твердые частицы, и газообразные вредные примеси); тка ные фильтры применяют для высокой степени очистки, при необходимости доиспользования пыли и низкой тем пературе; электрофильтры — при больших расходах газа и высокой температуре, а также при необходимости ис пользовать ценные качества пылевыноса.
Замкнутые газооборотные циклы
В отличие от воды газ как носитель вредных примесей трудно «собрать» воедино, например, со всего предприя тия, очистить и снова запустить в процесс. Газообразные выбросы (дымовые газы котлов и печей) частично очища ют и направляют в дымовые трубы, которые чем выше, тем лучше рассеивают вредные вещества. К тому же воз дух не является таким ценным сырьем, как вода, и его повторное использование экологически менее эффек тивно.
Технологические аппараты, использующие воздух, рабо тают, как правило, под давлением (возникает опасность попадания загрязненного воздуха в атмосферу) или под разрежением (в этом случае возможны подсосы наружного воздуха, что иногда также бывает нежелательным).
Приведем несколько примеров создания газооборот ных циклов. На горно-обогатительных комбинатах по про-
52
изводству асбеста (который, как известно, способствует развитию у человека раковых опухолей) вентиляционные выбросы собирают из различных точек цехов, направляют на глубокую очистку от пылевидного асбеста, при необ ходимости разбавляют свежим воздухом и снова направ ляют вентиляторами в цеха. Уловленный асбест использу ют вторично.
В доменных печах часть газа с нижнего уровня печи (колошниковый газ) может подаваться в ее верхнюю часть, при этом его необходимо очищать от окиси углерода.
На атомных электростанциях воздух в части помеще ний разрежен во избежание попадания в атмосферу ра дионуклидов. Воздух этих помещений подвергают очист ке и рециркуляции.
В энергетических котлах, устанавливаемых на ТЭЦ, целесообразно обеспечить рециркуляцию дымовых газов из «хвоста» котла (из воздухонагревателей или экономай зеров) в топку. Это способствует более эффективному сжиганию топлива, так как повышает температуру надду ва в горелках. Между «хвостами» котлов и горелками ды мовой газ целесообразно очищать от оксидов азота, что позволит снизить выброс его в атмосферу. В системах кондиционирования воздуха и пневмотранспорта воздух может быть использован многократно, так как он не всту пает в химические реакции, однако его необходимо очи щать от вредных взвешенных и газообразных веществ. При работе в замкнутых системах (под водой или в кос мосе) без регенерации и повторного использования воз духа обойтись нельзя; здесь его очистка проходит с уче том гигиенических требований.
В настоящее время разработаны схемы газообразных циклов при производстве фосфорных удобрений. С не которыми оговорками можно считать газообразным циклом сбор отходящих газов из аппаратов нефтепере рабатывающих заводов для последующего их сжигания в факеле.
Организация замкнутых газообразных циклов — дело будущего, но уже сейчас ученым и инженерам необходимо
53
решать сложные технические задачи для ее реализации, так как это одно из эффективных направлений защиты окружающей среды.
1.5. Рациональное использование и охрана от загрязнения воды на предприятиях
По определению академика А.Е. Ферсмана, вода — са мый важный минерал на Земле. В промышленности вода играет важнейшую роль: она используется как сырье, теп лоноситель, хладагент, растворитель, источник получения водорода и кислорода; водный транспорт — одно из ос новных средств перевозки сырья и материалов и т. д.
Основными веществами, загрязняющими воду, явля ются:
ПДК некоторых вредных веществ в водоемах хозяйст венно-питьевого и рыбохозяйственного назначения, а так же свойства питьевой воды см. в Приложении 1.
Воду загрязняет и избыточный кислород. Биологиче ская потребность в кислороде (БПК5) — количество кислорода, которое необходимо биологическим организ мам для окисления в течение пяти суток 1 л воды. Хи мическая потребность в кислороде (ХПК) — количество кислорода, которое требуется для окисления окислите лем органических и неорганических веществ, находя щихся в 1 л воды.
Классификация воды по целевому назначению приве дена на рис. 1.10.
54
с
Вода
Хозяйственно-питьевая
Техническая
С
Энергетическая
У
+Г
К.
Охлаждающая
Подпиточная
Оборотная
Средообразующая
Рис. 1.10. Схема классификации воды по
Основные потребители воды — сельское хозяйство (поливная вода), промышленность (наиболее водоемкими здесь являются деревообработка, химическая промыш ленность, энергетика, нефтепереработка), жилищно-бы-товой сектор. Питьевая вода должна быть чистой и без опасной для здоровья и соответствовать ГОСТ 2874—82.
Техническая вода загрязнена, но в пределах требований технологий; эта вода значительно дешевле питьевой, и ее целесообразно использовать в производстве в первую оче редь. Поливная вода может подаваться на поля из водое мов без очистки. Энергетическая вода должна быть особо чистой и обессоленной, так как из нее вырабатывается пар, который циркулирует в трубах котлов ТЭЦ. Охлаж дающая вода потребляется в промышленности в большом количестве (55—80% общего количества воды, используе мой в производстве), чаще всего тепло воде передается (или отнимается) через стенки труб, как говорят энер гетики, «вглухую». Чтобы снизить образование накипи внутри труб, эту воду целесообразно чистить. Качество подпиточной воды должно быть не ниже охлаждающей. Оборотная вода должна очищаться при многоразовом использовании. Технологическая вода (средообразующая, промывающая и реакционная) должна соответствовать требованиям технологии для каждого конкретного слу чая.
Что касается питьевой воды, которая используется в системах и водяного отопления, и горячего водоснабжения, то мы тратим ее слишком расточительно. Каждый моск вич расходует свыше 400 л в сутки, в то время как лондо нец — 170, а парижанин — 160 л.
Большое количество воды тратится на разбавление за грязненных сточных вод. Чтобы добиться нормированно го уровня загрязнения сточных вод, на предприятиях их разбавляют водопроводной водой, что дешевле очистки, но бесхозяйственно и неэкономично.
При использовании в производственных процессах во да нагревается (или охлаждается); вследствие утечек, ис парения и разбрызгивания она теряется. С точки зрения
56
экологии главным свойством воды является ее превраще ние в загрязненные стоки. Загрязнение воды вызывает следующие изменения ее качества:
в подземных и речных водах вследствие вымывания и рас- v творения подкисленными дождевыми водами горных по род;
Для устранения загрязнения сточных вод применяют различные методы очистки, которые классифицируют: по типу процесса очистки:
57
Методы очистки сточных вод по типу процесса Гидромеханические методы очистки сточных вод
Схема гидромеханической очистки воды показана на рис. 1.11. Процеживание проводят для очистки сточ ных вод от крупных механических примесей во избежа ние засорения труб, каналов и насосов гидросистемы. Для этого применяют решетки и сита с различными размерами ячеек в зависимости от характера загрязне ния. Решетки бывают подвижными и неподвижными; очистку их от крупных частиц проводят с помощью граблей.
Отстойники и песколовки предназначены для предва рительной очистки сточных вод от минеральных и орга нических твердых загрязнений со сравнительно больши ми размерами частиц (0,2—0,25 мм). На рис. 1.12 пока зана схема простейшего отстойника сбросов воды.
58
rmuukie Dcmcneu ПЕСКОЛОВКА
1_П_1"
ГРУБЫЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ОЧИЩЕННАЯ ВОДА
воды * PEJSSSb жироловушка отстойник
ОСАДОК (ИЛ)
Рис. 1.11. Схема гидромеханической очистки воды
Сточная вода
Очищенная вода
Пластины для изменения направления потока
Шлам (песок)
Рис. 1.12. Схема отстойника сбросов воды
59
В бункер песколовки, часто ставят элеватор для бес прерывного удаления песка. Скорость движения воды в отстойнике невелика (0,3 м/с). Недостатками отстойни ков являются сравнительно низкая эффективность, не высокая скорость удаления частиц, большие размеры: отстойники занимают много места, к тому же на их изго товление идет значительное количество материалов (ме талла, бетона).
В отстойниках и песколовках происходит осаждение частиц под действием силы тяжести. Из бункера осадок в виде шлама регулярно удаляют. Удаление всплывающих вредных примесей (нефти, масел, смол, жиров) проводят в нефтеловушках. Их особенность в том, что загрязнения удаляются не снизу, как в отстойниках, а из верхней час ти аппарата. После нефтеловушек (как и после отстойни ков) вода нуждается в доочистке, так как эти аппараты имеют низкую степень очистки (около 70%).
Фильтрование применяют для удаления из сточных вод частиц малых размеров. Под действием давления вода проходит через пористые перегородки или слой песка. Схема простейшего фильтра приведена на рис. 1.13.
Сточная
Фильтрующий слой ап
парата необходимо время
от времени промывать от
накопившихся загрязне
ний. Для этого в фильтр
снизу подается промывоч
ная вода. При концентра
ции частиц 15—20 мг/л
степень очистки от мелких
частиц достигает 60%. Не
достатками фильтров яв
ляются значительная ме
таллоемкость и сложность
системы промывки.
\шлам Центрифугирование как
Рис. 1.13. Схема механического МеТ0Д 0ЧИСТКИ ВВОДЯТ В
фильтра ГИДроЦИКЛОНах, где час-
60
тицы оседают под действием центробежной силы. По конфигурации и действию они аналогичны циклонам, применяемым для очистки газов от пыли. Степень очи стки в гидроциклонах выше, чем у других аппаратов ме ханической очистки: она достигает 70%.
Физико-химические методы очистки сточных вод
Процесс укрупнения мелких частиц (1—100 мкм) с по следующим удалением их под действием силы тяжести называют коагуляцией. Если же удельный вес этих час тиц ниже удельного веса воды (эмульгированные частицы масел, жира и т. д.), то процесс называют флокуляцией. По аналогии с отстойником и нефтеловушкой в коагуля торах и флокуляторах удаление вредных примесей проис ходит соответственно из нижней или верхней части аппа рата. При коагуляции в воду добавляют коагулянты (соли алюминия, железа или их смеси), которые образуют хло пья гидроксидов металлов, осаждающие частицы под действием силы тяжести. Флокулянтами служат крахмал, декстрин, эфир, диоксид кремния.
Флотацию применяют для удаления частиц, которые плохо отстаиваются, а также для удаления растворенных веществ, в том числе поверхностно-активных, отходов нефтепереработки, производства искусственного волокна и целлюлозно-бумажного производства и т. д. Флотацию называют пенным концентрированием. Размер удаляемых частиц составляет 0,2—1,5 мм. В качестве пенообразова телей в воду добавляют сосновое масло, креозол, фенолы. Они способствуют прилипанию частиц к пузырькам пе ны, которая затем выводится из аппарата. Флотация име ет высокую степень очистки (95—98%), снижает концент рацию легкоокисляемых веществ, уменьшает количество бактерий и микроорганизмов. Недостатком флотации яв ляется применение в процессе вредных веществ (напри мер, фенолов).
Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от фенолов, пестицидов, ароматических соединений, красителей и т. д.
61
Адсорбция — это прилипание частиц, находящихся в очищаемой среде, к твердым веществам — сорбентам. В качестве сорбентов применяют активированные угли, синтетические сорбенты, некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки). Процесс происходит в адсорбци онных установках при перемешивании адсорбента с во дой, при фильтровании ее через слой адсорбента или в кипящем слое. При этом размер частиц адсорбента со ставляет 0,1 мм. Серьезной проблемой является после дующая очистка (регенерация) сорбента. Этот метод име ет ряд преимуществ, в том числе высокую степень очист ки (80—95%), возможность улавливания токсичных веществ при невысокой их концентрации, очистки сточ ных вод, содержащих несколько вредных веществ, а так же их рекуперации (доиспользования).
Ионный обмен применяют для очистки сточных вод от металлов и соединений мышьяка, фосфора, цианидов и радиоактивных веществ, а также для обессоливания и подготовки воды для нужд энергетики. Ионный обмен — процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, об ладающей способностью обменивать ионы, содержащие ся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. В качестве твердой фазы (ионитов) применяют алюмо силикаты, фторапатит, силикогели, гидроксиды алюми ния, хрома и т. д. Преимуществами процесса являются возможность рекуперировать ценные вещества из за грязнений, высокая степень очистки, удаление высоко токсичных веществ, в том числе суперэкотоксикантов. Это метод дорогой, он требует четкой организации процесса и решения проблемы регенерации ионитов.
Экстракцию применяют при относительно высокой концентрации вредных веществ (фенолов, масел, органи ческих кислот, ионов металлов); концентрация должна составлять не менее 3—4 г/л. При меньшей концентрации экономически выгоднее применять адсорбцию. Процесс экстракции состоит из трех стадий: интенсивного смеши вания сточной воды с экстрагентом (органическим рас-
62
творителем), разделения чистой воды и загрязнений, ре генерации загрязнений. Этот метод применяют тогда, когда стоимость удаляемых веществ (например, ценных металлов) компенсирует затраты на проведение процесса.
Обратный осмос — это процесс фильтрования раство ров через полупроницаемые мембраны; происходит на молекулярном уровне и требует значительных затрат, но обеспечивает глубокую очистку от высокотоксичных вредных веществ.
Десорбция, дезодорация и дегазация — это процессы очистки сточных вод от летучих примесей (сероводорода, аммиака, диоксида углерода), осуществляемые продувкой воды воздухом или инертным газом. Дезодорация очи щает воду от меркаптанов, аминов, альдегидов; с по мощью дегазации из воды удаляют вещества, вызываю щие коррозию.
Электрохимические методы включают в себя анодное окисление, катодное восстановление, электрокоагуляцию, электрофлокуляцию и электродиализ. Как видно из на званий, эти процессы происходят при пропускании через сточную воду электрического тока. Недостаток методов — большой расход электроэнергии. Электрохимическими методами извлекают цианиды, роданиды, амины, спирты, сульфиды, меркаптаны. Электродиализ применяют для опреснения соленых вод с использованием ионизирован ных веществ.
Химические методы очистки сточных вод
Нейтрализацию проводят в сточных водах, содержа щих кислоты или щелочи, таким образом, чтобы показа тель рН имел значение от 6,5 до 8,5. Нейтрализовать сточные воды можно смешиванием одних вод с другими (кислые — с щелочными), добавлением необходимых ре агентов, фильтрованием, прокачкой кислых вод через нейтральные материалы, пропусканием через щелочные воды кислых газов.
Окисление сточных вод проводят хлором, перекисью водорода, кислородом воздуха, диоксидом марганца, озо ном.
63
Восстановление применяют для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка, для чего в воду вводят сульфит железа, гидросульфит натрия, гидразин, сероводород или алюминиевую пудру.
Удаление ионов тяжелых металлов проводят реагент -ным методом. Ртуть, хром, кадмий, цинк, свинец, медь, никель удаляют с помощью гидроксидов кальция и нат рия, карбонатов и сульфидов натрия, феррохромного шлака и т. п.
Биохимические методы очистки сточных вод
Эти методы основаны на способности некоторых мик роорганизмов использовать вредные (чаще всего органи ческие) вещества для своего питания в процессе жизнеде ятельности. Контактируя с этими вредными веществами, микробы частично разрушают их, превращая в воду, ди оксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы и др. Вид ис пользуемых микроорганизмов — активный ил либо био пленки. Биохимическая очистка сточных вод может осу ществляться в природных условиях (поля орошения, биологические пруды) или в искусственных сооружениях (аэротенках, биофильтрах).
Аэробную (с потреблением микробами кислорода) и анаэробную (без потребления кислорода) очистку осу ществляют в метантенках, где происходит сбраживание с выделением спиртов, кислот, ацетона, углекислого газа, водорода, метана.
При использовании биохимических методов очистки сточных вод возникают проблемы сохранения активного ила (он не выдерживает низкой температуры), удаления и рационального использования продуктов процесса (в том числе взрывоопасных метана и водорода), необходимости доочистки твердых осадков.
Термические методы очистки сточных вод
Выпаривание проводят в том случае, если другие мето ды очистки малоэффективны. При этом конденсат ис пользуют в производстве, а концентрированный раствор сжигают.
64
Сжигание концентрированных сточных вод проводят, как правило, в печах с кипящим слоем или в циклонных печах. Автор принимал участие в разработке циклонной печи конструкции МЭИ для сжигания отходов полисти рола для Щекинского завода пластмасс. Извлечение по листирола из сточных вод — чрезвычайно сложная зада ча, а закачка в скважины связана с загрязнением подзем ных вод. Поэтому было решено стоки сначала выпарить, а затем сжечь. Это достаточно дорогой энерготехнологи ческий процесс, который необходимо было вести при вы сокой температуре во избежание образования супер-экотоксикантов.
Общая оценка степени очистки сточных вод по про цессам следующая: гидромеханические методы — 50— 70%, физико-химические — 90—95, химические — 80—90, биохимические — 85—95%.
Из всего многообразия методов очистки сточных вод выбирать оптимальный необходимо с учетом:
— санитарных и технических требований к качеству
очищенных вод в зависимости от целей их дальнейшего
использования;
"— количества сточных вод;
Замкнутые водооборотные циклы
Создание замкнутых водооборотных систем — важней шее направление охраны гидросферы от загрязнения. Для рационального использования воды на предприятиях наи более перспективными являются следующие мероприятия:
3-5998
65
технологических- процессов и оборудования, а также за счет правильной организации производства;
Производство
Очистные сооружения
Т
Шлам"
Насосная станция
t
Подпитка
Рис. 1.14. Схема оборотного водоснабжения
Что же такое водооборотный цикл? Это многократ ное использование одной и той же воды при минимальном восполнении потерь (подпитке). На рис. 1.14 приведена простейшая схема оборотного водоснабжения. Из схемы видно, что насосная станция подает техническую воду на производство, затем она очищается и через насос ную станцию вновь возвращается на производство. Пе ред насосной станцией про исходит восполнение потерь воды, которые, к сожале нию, неизбежны, а из очист ных сооружений ил (твер дый осадок) удаляется либо на очистку, либо на захоро нение. Расход свежей воды из источника на подпитку составляет 1,4 м3/г нефти; расход оборотной воды — 51 м3/т нефти.
66
Эффективность использования воды в производстве оценивается следующими коэффициентами: процент оборота воды:
р — Qo6 . °б Ооб+С.'
коэффициент использования воды:
и " ~~о— '
коэффициент кратности использования воды:
Qc6 + Q« + Qc
Q» + Q,
с
> 1;
коэффициент безвозвратного потребления воды и ее потерь в производстве (в %):
*п = тКтг • ЮО,
Уоб + ^и
где Qo6 — количество оборотной воды, м3/ч; QK — коли чество воды, забираемое из источника водоснабжения, м3/ч; (?сб — количество воды, сбрасываемое предприяти ем, м3/ч; Qc — поступление воды из сырья, м3/ч.
Таким образом, оборотное водоснабжение позволяет снижать расход воды в десятки раз и создает возможность организации бессточного производства. Например, МНПЗ практически не сбрасывает вредные стоки в Москву-реку: величина Кп равна примерно 0,98. Особенно это важно для мегаполисов при близком расположении предприя тий к жилым массивам.
Преимущество замкнутых водооборотных циклов пе ред разомкнутыми очевидно, так как очистка большого количества воды до необходимой кондиции перед сбро сом в водоем — дорогостоящее мероприятие.
Создание водооборотных систем связано с большими трудностями: для каждого типа воды необходима своя система очистки; требования к качеству технической воды,
з*
67
включенной в водооборот, не такие жесткие, как к питье вой, но тоже достаточно высокие. Кроме того, внутри труб образуются отложения карбоната кальция, которые необходимо удалять; трубы корродируют, для снижения темпа коррозии в воду добавляют ингибиторы корро зии; часто воду из цикла приходится охлаждать в гра дирнях, что ведет к потерям воды с брызгами; в трубах и резервуарах системы часто происходит так называе мое биологическое обрастание (образование водорослей), для борьбы с этим явлением приходится выводить часть воды из цикла и взамен добавлять свежую или очищен ную воду.
Однако расходы на преодоление всех этих трудностей несоизмеримы с тем вредом, который принесло бы ис пользование воды по разомкнутому циклу с обязательным загрязнением гидросферы. Схемы и методы расчета от стойника, барабанного фильтра и выпарного аппарата приведены в гл. 2.
1.6. Твердые отходы производства
В России, как и во всем мире, образуется огромное количество твердых отходов — десятки миллиардов тонн. Отвалы, свалки и полигоны для твердых отходов занима ют площадь около 1 млн га. В них содержится много цен ных веществ, которые зачастую легче добыть из отходов, чем из первичного сырья; они засоряют атмосферу (при сжигании мусора), поверхностную и подземную воду и почву.
Почва — наименее подвижная среда. Она аккумулиру ет вредные вещества, находящиеся в атмосфере и водое мах, и практически не обладает свойствами самоочи щения.
Основными веществами, загрязняющими почву, явля ются:
— соли тяжелых металлов (в том числе тетраэтилсви-нец);
68
приведены в Приложении 1. В соответствии с принятой в РФ классификацией (ГОСТ 25916—83) твердые отходы делят на отходы производства и отходы потребления. Основные отходы производства:
69
Как видно из приведенного перечня, отходами произ водства являются остатки сырья, материалов и полуфаб рикатов, образовавшиеся в процессе производства про дукции, утратившие исходные потребительские свойства, а также вещества, удавливаемые при очистке отходящих технологических газов и сточных вод. Отходы потребле ния составляют изделия и материалы, утратившие потре бительские свойства в результате физического или мо рального износа. Вторичное сырье составляют вторичные материальные ресурсы, которые могут быть использованы в промышленности.
В зависимости от объема отходы делят на крупно тоннажные и малотоннажные. Например, ил после био логической очистки воды на нефтеперерабатывающем за воде является крупнотоннажным отходом.
Отходы могут быть дорогостоящими и дешевыми; в частности, отходы, образующиеся после регенерации ка тализатора, являются дорогостоящими, а шлак металлур гической печи — дешевым.
По влиянию на окружающую среду отходы делят на вредные и безвредные. Например, после того как 30 лет на зад у Борисовских прудов в Москве засыпали свалку ме таллических отходов московского АЗЛК, в воде родников около пруда обнаружилось высокое содержание кадмия, меди и цинка. Эту воду употреблять для пищевых целей нельзя, однако жители близлежащих кварталов все-таки используют эту воду для питьевых целей.
Помимо промышленных отходов в жилых массивах образуется много твердых бытовых отходов (ТБО), на од ного человека их приходится до 300 кг в год. Проблема ТБО особенно актуальна в мегаполисах. Так, в состав ТБО в Москве входят: бумага, картон — 28,8%; металлы — 5,7%; пищевые отходы — 28,5%; пластмасса — 5,1%; текстиль — 3,01%; стекло — 4,4 %; горючие материалы — 1,8%; инертные материалы — 3,4%; отсев (мелкие части цы менее 15 мм) — 16,1%.
Среди основных источников твердых отходов (кроме ТБО) — энергетика (зола и шлаки, образующиеся при
70
сжигании твердого топлива); черная и цветная металлур гия (шлаки, формовочная земля, коксовые остатки); угле добывающая промышленность (отвалы); деревообрабаты вающая отрасль хозяйства (опилки, стружка); химическая промышленность (химические вещества в широком ас сортименте, в том числе фосфогипс, «хвосты» флотации апатита и др.).
Физико-химические свойства твердых отходов разнооб разны: от очень активных токсичных (соединения мышьяка, фтора, фосфора, ртути) до инертных (мел, гипс, глинозем).
Отрицательное влияние твердых отходов на окружаю щую среду весьма значительно. В населенных пунктах твердые отходы накапливаются на санкционированных (убираемых) свалках, которые состоят на учете в Сан-эпиднадзоре и закреплены за конкретными предприятия ми, организациями и службами. Гораздо более опасными являются несанкционированные (бесконтрольные) свал ки, которые, несмотря на штрафные санкции, возникают постоянно и повсеместно. Именно поэтому специалис ты-экологи должны уделять им особое внимание.
В качестве примера можно привести деятельность научного общества учащихся ПЭЛ № 330, которые обна ружили в Капотне и «привязали» к карте несанкциониро ванную свалку вышедшего из строя торгового оборудования. Свалка занимала площадь около 90 м3. После обращения к администрации района мусор был удален. В химиче ской лаборатории лицея был проведен качественный ана лиз почвы, показавший наличие в ней повышенной кис лотности и высокое содержание солей железа и хрома. Растительность на месте свалки отсутствует до настояще го времени.
Использование и переработка крупнотоннажных про мышленных отходов
Количество накопленных и ежегодно образующихся крупнотоннажных промышленных отходов, как уже отме чалось, исчисляется миллиардами тонн. Поэтому проб лема их использования и переработки является чрезвы чайно важной.
71
Крупнотоннажные промышленные отходы используют в настоящее время для рекультивации нарушенных зе мель, планировки территорий, отсыпки дорог и дамб, в промышленности строительных материалов и в сельском хозяйстве, а также в качестве технологического и бытово го топлива (в виде биогаза). Кроме того, почти для всех видов отходов разрабатываются новые технологии перера ботки с целью получения того или иного вида продукции.
Ежегодно в нашей стране образуется около 3 млрд т вскрышных (пустых) пород отходов угледобывающей промышленности и добычи руд для черной и цветной ме таллургии. В настоящее время использование этих отхо дов незначительно. Оно составляет лишь около 10% всего их объема. Однако в дальнейшем этот показатель значи тельно увеличится, так как использование вскрышных пород очень выгодно: эксплуатационные затраты на по лучение 1 м3 щебня из отходов в 2—2,5 раза ниже, чем на добычу его из карьеров.
Рекультивация нарушенных земель — обязанность горно-добывающих предприятий. Она закреплена за ни ми законодательно.
Применение отходов в промышленности строительных материалов
Как показывает отечественный и зарубежный опыт, промышленность строительных материалов — единствен ная отрасль, которая уже сейчас способна использовать целый ряд многотоннажных отходов и побочных продук тов других отраслей (химической, производства мине ральных удобрений, черной и цветной металлургии, отхо ды гальванического производства и др.). Это определя ется тем, что многие виды промышленных отходов по своим свойствам и химическому составу близки к при родному сырью, используемому в данной отрасли, и мо гут служить его полноценной и экономной заменой. В ка честве примера можно привести использование отходов энергетики — золы и шлаков ТЭЦ.
Зола и шлаки ТЭЦ — источник сырьевых ресурсов для промышленности строительных материалов. Зола пред-
72
ставляет собой тонкодисперсный материал, который без предварительного помола можно применять в качестве добавки к цементу, газобетону, керамзитобетону, сили катному кирпичу, при производстве глиняного кирпича. Кусковой шлак используется как заполнитель бетона в дорожном строительстве. Золошлаковые смеси приме няют в качестве вяжущих веществ.
На некоторых предприятиях отходы энергетики при меняют довольно широко. При использовании отходов энергетики для производства строительных материалов возникает ряд технических, экономических и организаци онных проблем (транспорт, погрузка, отбор).
В первую очередь целесообразно применять отходы уг леобогащения, золу и шлаки ТЭЦ, доменные шлаки чер ной металлургии, бой керамического кирпича.
Отходы угледобывающей, лесной и деревообрабаты вающей промышленности, а также сельского хозяйства находят применение в качестве топлива в промышлен ности и быту. Например, представляют интерес горячие отходы деревообрабатывающей промышленности, а также биогаз, получаемый при захоронении мусора.
Использование отходов в сельском хозяйстве
Некоторые крупнотоннажные отходы (фосфогипс, пи-ритные огарки, отходы производства калийных удобре ний) могут быть использованы в сельском хозяйстве. Например, фосфогипс (отход производства фосфорной кислоты из фосфатного сырья) применяют для мелиора ции солонцовых почв и одновременно как удобрение, со держащее многие ценные элементы (Са, S, P, Fe, Al, Mg) и органические вещества; пиритный огарок (отход про цесса обжига колчедана) используют в качестве медьсо держащего удобрения; глинистые шламы и пыль, обра зующиеся при производстве хлорида калия, применяют как удобрение, содержащее кадмий и различные микро элементы.
Использование отходов в сельском хозяйстве имеет свои сложности, поскольку наряду с полезными они со держат и вредные элементы. Так, в фосфогипс переходит
73
некоторое количество фтора из исходного апатита. В пи-ритных огарках в зависимости от состава исходного сырья могут присутствовать тяжелые металлы, мышьяк, селен.
Обезвреживание и захоронение токсичных отходов
Рис. 1.15. Схема захоронения твердых отходов и рекультивации земли
74
Обезвреживание и захоронение токсичных промыш ленных отходов является экологической необходимостью. Это сложное дело, требующее больших капитальных и эксплуатационных затрат. В развитых странах количество токсичных отходов на одного человека в год составляет 70 кг, а стоимость обезвреживания 1 т — 500 долларов. Обезвреживание и захоронение токсичных отходов про изводят на специальных полигонах, наличие которых предусматривается при разработке планов и проектов тер риторий, расположенных вблизи крупных городов. На рис. 1.15 показана схема захоронения твердых отходов и рекультивации земли.
Строительство полигонов следует осуществлять на ос нове долевого участия предприятий и организаций, име ющих отходы. Размеры долевого участия определяются пропорционально затратам на уничтожение и захороне ние отходов.
Заказчиком полигона является предприятие, отходы которого требуют наибольших затрат на обезвреживание и захоронение. Построенные полигоны передают для экс плуатации соответствующим коммунальным хозяйствам. К сожалению, процент использования отходов и особен но процент их полного обезвреживания в настоящее вре мя крайне низки (в 1996 г. они составили соответственно 61 и 2%).
Строительство и эксплуатацию полигонов осуществля ют в соответствии с «Санитарными правилами проекти рования, строительства и эксплуатации полигонов за хоронения неутилизируемых отходов» и СНиП 1.02.28—85 «Основные положения по составу проекта полигона по обезвреживанию и захоронению токсичных промышлен ных отходов».
Полигоны для обезвреживания и захоронения токсич ных промышленных отходов являются природоохранны ми сооружениями. Они предназначены для регулярного централизованного сбора, удаления, обезвреживания и захоронения неиспользуемых токсичных отходов и не кондиционных продуктов (веществ) промышленных пред приятий и научно-исследовательских организаций и уч реждений, расположенных в одной или нескольких про мышленных зонах.
Полигон должен включать в себя три основные груп пы объектов:
1. Завод (или ряд установок по обезвреживанию ток сичных промышленных отходов), предназначенный для сжигания или физико-химической переработки отходов с целью их полного обезвреживания или снижения токсич ности (класса опасности), перевода в нерастворимые формы, обезвоживания и сокращения объема отходов, подлежащих захоронению.
75
Полигон размещают в обособленных, свободных от за стройки, хорошо проветриваемых местах так, чтобы мож но было легко осуществить мероприятия, исключающие загрязнение окружающей среды населенных пунктов, зон массового отдыха людей и источников питьевого водо снабжения (открытых водоемов, водохранилищ и подзем ных вод).
При сооружении полигона особое внимание уделяют проектированию дождевой и хозяйственно-бытовой кана лизации, а также дренажа. Общая система канализации полигона должна быть бессточной. На полигон не прини мают вещества, которые можно обезвредить средствами предприятия, радиоактивные отходы (для них существу ют специальные хранилища) и нефтепродукты, которые можно регенерировать.
Способ обезвреживания и захоронения отходов зави сит от агрегатного состояния, водорастворимости и клас са опасности веществ и их соединений. Токсичность (класс опасности) отходов, подлежащих захоронению, оп ределяется в соответствии с методическими рекоменда циями, разработанными Минздравом РФ. По общепри нятой классификации существует четыре класса опаснос ти загрязняющих веществ: первый класс — чрезвычайно опасные, второй — высокоопасные, третий — умеренно опасные, четвертый — малоопасные.
К первому классу отнесены такие вещества, как сулема, бенз-а-пирен, хром, оксид мышьяка, цианистый калий, треххлористая сурьма. Ко второму — хлористая медь, азотнокислый свинец, трехокись сурьмы. Третий класс составляют оксид свинца, никель, сульфат меди, четырех-хлористый углерод. Четвертый класс — сульфат марган ца, фосфаты, хлориды.
76
fr
На все отходы, ввозимые на полигон, должен быть представлен паспорт с указанием состава отходов и крат ким описанием требований безопасности при обращении с ними на полигоне (захоронении или сжигании). На по лигоне взвешивают отходы и отбирают пробы для опреде ления их состава. На контрольном талоне паспорта ставят штамп «Отходы приняты». Контрольный талон возвраща ется на предприятие, а паспорт остается на полигоне как документ для финансовых расчетов и статистический ма териал для определения количества и состава принятых отходов.
Схема работы полигона должна предусматривать сле дующие основные мероприятия, позволяющие регулярно и организованно, с соблюдением мер безопасности уда лять неутилизируемые токсичные отходы, обезвреживать их и надежно захоранивать, обеспечивая защиту окру жающей среды:
Наиболее распространенными методами обезврежива ния токсичных отходов в настоящее время являются:
Захоронение является наиболее распространенным и дешевым способом ликвидации твердых отходов. В мес тах их захоронения происходят различные процессы рас пада вредных веществ под воздействием микроорганиз мов.
77
Неорганизованные свалки наносят вред окружающей среде не только тем, что уродуют пейзаж, — они служат источником загрязнения вод, воздуха и почвы. Свалки — это благоприятная среда для возникновения инфекций.
Место захоронения ТБО выбирают так, чтобы не за грязнять источники воды и сельскохозяйственные угодья. Дно и стенки котлована должны быть водонепроницае мыми и хорошо изолированными от подземных вод (обычно применяют водонепроницаемый слой ила или глины, который покрывают слоем фольги). С помощью экскаваторов, грейдеров отходы укладывают слоями мощ ностью до 1,8 м, перемежая слоями грунта толщиной около 15 см, чтобы предотвратить возгорание или распы ление. После того как котлован заполнится, его сверху засыпают двухметровым слоем грунта и высаживают на нем зеленые насаждения — это рекультивация террито рии (рис. 1.15). Недостатком этого способа является то, что отходы в последующем не используют, в то время как образующийся при этом биогаз (чаще всего метан) можно улавливать и применять, например, для отопления жилых и производственных помещений.
Для складирования токсичных (ядовитых) отходов разработаны особые правила захоронения. Эти отходы нельзя складировать вместе с бытовыми отходами, дно и стенки хранилища должны быть забетонированы, а отхо ды помещены в специальные изолированные контейне ры. Отдельно разработаны специальные правила захоро нения радиоактивных отходов.
Все сырье, применяемое в производстве, имеет при родное происхождение, природные источники, однако непосредственно на изготовление продукции идет лишь часть, причем меньшая, добытых природных материа лов — 4% добытого сырья, остальное составляют произ водственные отходы. Например, при производстве 1 т стали образуется около 800 кг отходов.
Произведенная продукция кратковременного исполь зования (продукты питания, одежда) или долговременно го пользования (дома, машины, мосты, транспорт) пре-
78
вращается в отходы, утилизируется, потребляется (исклю чение составляют памятники культуры и природы, которые необходимо сохранять).
Содержащиеся во вторичном сырье вещества могут быть использованы после их регенерации, т. е. восста новления первоначальных качеств.
Использование вторичного сырья (или изделий из него) в качестве сырья для нового производства называ ют рециклингом. Например, регенерировать различные смазочные масла можно путем устранения из них неже лательных веществ. Вторичное использование в произ водстве макулатуры или бывших в употреблении пласт масс также дает представление о рециклинге — возвра щении отходов в сферу производства. На рис. 1.16 справа показана схема рециклинга производственных отхо дов.
Применение вторичного сырья имеет большое значе ние для экономии невозобновляемых природных источ-
| ОТХОДЫ
ПРИРОДНОЕ СЫРЬЕ
Рис. 1.16. Схема рециклинга производственных отходов
79
ников, например руд, углей, нефти, и возобновляемых, например леса. Производство, основанное на использова нии вторичного сырья, бывает, как правило, менее энер гоемким и малоотходным.
Использование вторичного сырья чрезвычайно выгод но: увеличивается сырьевая база, снижаются расходы на добычу и импорт сырья, экономится энергия, окружаю щая среда не подвергается воздействию загрязняющих ве ществ, содержащихся в отходах.
В левой части схемы (рис. 1.16) представлено произ водство без использования вторичного сырья — большая потребность в природном сырье, большее количество от ходов, значительное загрязнение среды. Справа на схеме представлено производство с использованием вторичного сырья — меньшая потребность в природном сырье для тех же объемов производства, меньшее количество отходов, меньшее загрязнение окружающей среды.
Экологическая пригодность сырья и выпускаемой про дукции
Требования к сырью и продукции предприятия опре делены законами РФ, в том числе законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (№ 52-ФЗ от 30.03.99). Санитарные правила, нормы и гигиениче ские нормативы — это нормативные акты, устанавливаю щие критерии безопасности и безвредности для человека факторов среды его обитания и требования к обеспече нию благоприятных условий его жизнедеятельности. Са нитарные правила обязательны для соблюдения всеми го сударственными органами и общественными предприя тиями, организациями и учреждениями, должностными лицами и гражданами.
В соответствии с законом предприятия обязаны: — обеспечивать соблюдение действующего санитар ного законодательства РФ и установленных санитарных правил, осуществлять производственный контроль за их выполнением;
80
Предприятия должны выполнять следующие требо вания:
4-5998
81
Государственной санитарно-эпидемиологической службы об их соответствии санитарным правилам;
— предприятия, организации и граждане, ответствен ные за выпуск продукции, не соответствующей действую щим санитарным правилам, ГОСТам и Техническим условиям, обязаны приостановить ее производство и ре ализацию по постановлению главного государственного санитарного врача или его заместителя.
1.7. Производственный экологический контроль
Экологический контроль является важнейшим звеном в системе инженерно-экологического обеспечения про мышленного производства (включая транспорт), стро ительства или сельскохозяйственной деятельности.
Цель экологического контроля — обеспечение соблю дения природоохранных и ресурсосберегающих правил, требований и норм на всех этапах производства, стро ительства или иной деятельности человека, связанной с изменением состояния окружающей среды. Экологиче ский контроль должен быть многосторонним, т. е. не исключать ни одной сферы деятельности человека, так или иначе влияющей на изменение состояния окружаю щей среды.
Основные задачи экологического контроля — формиро вание информационной базы состояния и изменений ок ружающей среды, получение необходимой и достаточной информации о воздействиях и состоянии окружающей природной среды, выявление случаев вредных воздейст вий на отдельные компоненты или природную среду.
Контроль за состоянием природной среды по парамет рам, не требующим применения специального контроль но-измерительного и лабораторно-аналитического обору дования, возлагается на работников служб производствен ного контроля. Принципы работы этих служб: определение качественных характеристик экологических изменений и нарушений, оперативное выявление виновников, а в осо-
82
бых случаях — приглашение инспекторов-экологов для инструментальных измерений и количественной оценки ущерба.
Направления деятельности экологического контроля на предприятии
Все виды экологического контроля можно рассматри вать с двух точек зрения. В одном случае объектом конт роля являются вредные техногенные (или естественные) воздействия на природную среду. При этом необходимо определять источники и характер вредных выбросов и их количественные характеристики. Полученные результаты сравнивают с нормативными — предельно допустимыми для данных условий.
При экологическом контроле этого вида возможны следующие измерения: линейно-угловые, силы и массы, электрические и магнитные, оптические, химико-анали тические и др. Среди средств измерения и контроля мож но найти практически все основные виды измерений, соответствующие принятой в метрологии классификации.
В другом случае объектом экологического контроля является сама природная среда, подверженная или не подверженная (фоновый контроль) вредным воздействи ям. При этом, как правило, определяют качество отдель ных компонентов или комплексов природной среды, ис пользуя аналитические методы и измерения массы (объ ема) с целью выявления состава и концентрации тех или иных вредных веществ. Полученные результаты сравнива ют с нормативами.
В каждом отдельно взятом виде экологического конт роля используется опыт, накопленный той или иной при родоохранной инспекцией.
Основные критерии при разработке экологических норм и допусков — оценка вредности воздействий на че ловека и на всю биоту, т. е. на флору и фауну.
В основе большинства видов контроля лежат аналити ческие методы определения или сравнения тех или иных массовых концентраций. В экологическом контроле также
4*
83
широко используют линейные, массовые и объемные из мерения. Эти требования позволят со временем обосно вать и разработать:
Нормирование и контроль отдельных параметров при родной среды осуществляют исходя из общего критерия восстановления или улучшения нарушенных компонен тов природной среды.
В базу экологических данных в систематизированном виде закладывают все действующие нормы и правила по охране природы. Затем из базы данных отбирают все необходимые сведения по какому-либо конкретному слу чаю — экологической ситуации.
Ведомственная (внутриотраслевая) служба экологиче ского контроля должна иметь полный комплект необхо димых технических средств контроля основных пара метров загрязнения окружающей среды. Наиболее харак терные параметры загрязнения атмосферного воздуха — задымленность и непрозрачность. Задача экологического контроля состоит в определении количества и состава вы бросов в заданный интервал времени (например, в тече ние года). Инспекционные службы применяют разные методы и средства экологического контроля, которые должны быть одинаковыми по критериям информатив ности, точности и достоверности. Например, для опреде-
84
ления задымленности атмосферного воздуха применяют следующие методы контроля: ультразвуковой каротаж, калориметрический метод, инфракрасная и ультрафиоле товая спектроскопия, газофильтрокорреляционный ме тод, измерение остаточного содержания кислотных со единений на фильтрах и т. п.
Весьма разнообразны также методы анализа качества воды: хемилюминесценция (экстрагирование и анализ осадка промышленных стоков); атомно-абсорбционная и атомно-эмиссионная спектроскопия (анализ компонен тов осадка); нейтронно- и фотонно-активационный ана лиз; ионоселективные экспресс-методы; рентгено-флу-оресцентная спектрометрия.
Все методы определения количества и состава вредных веществ, содержащихся в воде и воздухе, можно рассмат ривать как химические, физические, биологические и комплексные методы анализа веществ в осадках и на фильтрах.
Выбор соответствующих методов и средств контроля определяется также возможностью индикации тех или иных соединений, признанных по действующим нормам вредными для биоты. В настоящее время общее число токсичных органических соединений, которые могут со держаться в промышленных стоках в растворенном и взвешенном виде, превышает 60 тыс. наименований.
Как правило, состав загрязнителей воздуха, воды и почвы достаточно точно прогнозируется (оксиды азота, углеводороды и др.), поэтому задача экологического контроля сводится к количественному определению кон центраций известных загрязнений. Для этого ведомствен ные службы экологического контроля оснащаются комп лексными передвижными лабораториями анализа качест ва воздуха, воды и почвы.
Организации экологической службы, ее техническому оснащению для контроля какой-либо определенной тер ритории с находящимися на ней источниками загряз нения предшествуют научно-исследовательские работы, необходимые для исследования и прогнозирования воз-
85
можных загрязнений (по составу и объемным концентра циям). Результаты исследований служат основанием для укомплектования контрольных служб техническими сред ствами измерения и анализа состава и концентраций за грязнителей.
Комплексные аналитические лаборатории контроля качества воздуха и воды используют хроматографические методы, которые не требуют больших затрат времени, ха рактеризуются высокой чувствительностью и погрешно стью не более 10%, а оборудование для хроматографиче-ских методов контроля сравнительно недорого. Такие аналитические лаборатории выпускаются предприятиями Госкомгидромета. Все аналитические приборы этих лабо раторий подлежат периодической поверке в территори альных организациях Госстандарта.
Экологический паспорт предприятия
Экологический паспорт необходим для оценки коли чества и качества вредных выбросов предприятия, опре деления путей их снижения и ведения отчетности. Это касается вредных выбросов в атмосферу, сбросов неочи щенных и очищенных сточных вод в водоемы и твердых бытовых отходов.
Обязательным этапом экологической паспортизации объектов является инвентаризация вредных веществ всех видов. Эта экологическая информация позволит решить задачи снижения расхода материалов, энергии и трудовых затрат и повышения качества продукции, а также снизить вредное воздействие производства на окружающую среду.
Экологический паспорт включает в себя общие сведе ния о предприятии, использующем сырье, описание тех нических схем выработки основных видов продукции, схемы очистки отходящих газов и сточных вод, их харак теристики после очистки, данные о ТБО, а также сведе ния о новых малоотходных технологиях. Во вторую часть паспорта включается перечень планируемых мероприя тий, направленных на снижение нагрузки на окружаю щую среду с указанием сроков их выполнения, объемов
86
затрат, удельных и общих объемов выбросов вредных ве ществ до и после осуществления каждого мероприятия.
Основными параметрами, характеризующими состоя ние окружающей среды и ограничивающими ее загрязне ние отходами производства, являются предельно допусти мые концентрации ряда вредных веществ в воздухе рабо чей зоны, атмосферном воздухе, поверхностных водах окрестных водоемов и почвах.
В почвах и грунтах окрестной зоны паспортизируемо го объекта должны контролироваться те же вредные ве щества, которые определяются в выбросах и стоках, так как они попадают в почвы и грунты, а через них — в рас тения и животных, оседая из атмосферы с осадками и из водоемов, в которые поступают после очистки сточные воды.
Контроль содержания вредных веществ в выбросах в атмосферу, стоках в поверхностные водоемы, а также попадающих на почву и грунты в виде осадка, в твердых отходах производственной и бытовой деятельности осу ществляют службы экологического контроля. При за полнении и оформлении экологического паспорта учиты вают объем и характер производственных выбросов, фоновые характеристики окружающей среды и климати ческие факторы. С помощью расчетов все эти факторы следует сопоставить, чтобы оценить суммарное воздейст вие на окружающую среду.
Экологический паспорт объекта или предприятия — это нормативно-технический документ, включающий все данные о потребляемых и используемых ресурсах (при родных (первичных), переработанных (вторичных) и др.), а также определяющий прямые влияния и воздействия на окружающую природную среду.
В соответствии с действующим законодательством в области охраны окружающей среды предприятия контро лируются государственными органами охраны природы по вопросам использования природных ресурсов, воздей ствия на окружающую среду, планирования и проведения природоохранных мероприятий.
87
После разработки экологический паспорт подлежит согласованию с Санэпиднадзором и территориальными органами охраны природы, утверждается директором предприятия и регистрируется в территориальном органе охраны природы. Руководитель, утвердивший паспорт, несет персональную ответственность за правильность его составления и достоверность содержащихся в нем дан ных.
Экологический паспорт предприятия — не только ис полнительный документ экологического контроля, но и основа для паспортизации территорий, регионов и стра ны в целом. Для этого один его экземпляр хранится на предприятии, второй — в территориальном или реги ональном органе охраны природы, третий направляется в научный центр «Экология» для формирования экологиче ского банка данных.
Основой разработки экологического паспорта явля ются:
Составление экологического паспорта включает опе рации расчетов норм:
88
Предприятия должны проводить инвентаризацию ис точников воздействий и загрязнений окружающей среды. Наиболее сложными и трудоемкими являются операции инвентаризации вредных воздействий выбросов и стоков и расчеты норм ПДВ и ПДС.
На основании экологического паспорта делаются вы воды о деятельности предприятия. Затем принимаются обоснованные решения: разрешающие дальнейшую де ятельность (экологически безопасный объект); разре шающие деятельность частично или при условии прове дения неотложных мероприятий, долгосрочных меро приятий (экологически опасный объект); воспрещающие деятельность (крайняя экологическая опасность).
Анализ природно-климатических факторов проводят с целью определения возможности повышения или пони жения концентрации вредных веществ для данной терри тории. Для этого используют базы данных многолетних климатических наблюдений и характеристик исследуе мой территории. Размеры учитываемой территории (зоны влияния) зависят от того, каков характер анализируемых выбросов, стоков и воздействий.
Экологический паспорт организации, предприятия или отдельного объекта включает следующие разделы:
89
Кроме общего экологического паспорта на предприя тии должен разрабатываться паспорт отходов, в который включаются данные об их токсичности, опасности и пу тях снижения их вредного воздействия на окружающую среду.
Формы учетной документации по экологическому конт ролю, проводимому на предприятии
В настоящее время все выбросы (сбросы) на пред приятиях классифицируют по «Федеральному классифи кационному каталогу отходов производства и потребле ния» за 1996 г. Выбросы загрязняющих веществ в ат мосферу учитывают в соответствии с «Методическими рекомендациями по организации контроля за выбросами в атмосферу на предприятии» РД-11-17.993.88 и «Инст рукцией по инвентаризации выбросов загрязняющих ве ществ в атмосферу» (Л.: Знание, 1991).
Отчетность по загрязняющим веществам, образую щимся на предприятии, и по экологическим мероприяти ям производства осуществляется по следующим формам первичной учетной документации:
В рамках государственной экологической статистиче ской отчетности экологический отдел и руководство предприятия отчитываются перед вышестоящими органи зациями по следующим единым типовым формам:
— № 1 (воздух) — бланк инвентаризации источников
выбросов вредных веществ в атмосферу;
90
Перечень мероприятий по охране вод приведен в «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения» (М.: Госкомприрода, 1991).
Перечисленные выше отчеты об экологических рабо тах соответствуют Федеральному закону «Об отходах про изводства и потребления» и новой редакции Федерально го закона «Об охране окружающей среды».
1.8. Территориально-производственные комплексы
Разработка и реализация безотходных или чистых тех нологических процессов требуют больших затрат и во многих случаях неосуществимы. Для этого целесообразно создание безотходных или чистых предприятий, комбина тов или комплекса производств. Самые благоприятные возможности по охране окружающей среды и раци ональному использованию природных ресурсов создают ся при кооперировании специально подобранного комп лекса производств в границах промышленных центров и ТПК. Они играют важную роль в производстве товаров и услуг.
В рамках ТПК складываются наиболее благоприятные условия для решения сложнейших экологических проб лем благодаря кооперированию различных производств
91
таким образом, чтобы отходы одних предприятий исполь зовались другими, оптимально решались транспортные проблемы и продуманно размещались жилые массивы и зоны отдыха.
Территориально-производственным комплексом называ ют такое экономически взаимосвязанное объединение предприятий в одной промышленной точке или в целом районе, при котором экономический эффект достигается за счет целесообразного, научно обоснованного сочета ния производств в соответствии с природными и эконо мическими условиями района, его транспортным и эко номико-географическим положением.
Экономическое развитие ТПК предусматривает созда ние эффективной структуры производства основных ви дов продукции, общей структуры для обеспечения выпу ска этой продукции, охраны окружающей среды и раци онального использования природных ресурсов.
При размещении производства в рамках ТПК необхо димо:
92
Большое значение в деле охраны окружающей среды имеют разработка и строительство в населенных пунктах и на предприятиях очистных сооружений, переработка промышленных и коммунальных отходов, озеленение и создание санитарно-защитных зон.
Предприятия, производящие строительные материалы, могут использовать большое количество отходов, что дает возможность не только улучшить собственные экономи ческие показатели и региона в целом, но и уменьшить вредное воздействие промышленности на окружающую среду. Переработка многотоннажных отходов химиче ских, металлургических, энергетических и других произ водств в ценные строительные материалы и изделия по зволяет высвободить плодородные земельные угодья, отводимые под отвалы, существенно уменьшить загрязне ние окружающей среды и повысить степень обеспечен ности народного хозяйства строительными материалами при минимальных издержках производства. Использова ние отходов способствует росту рентабельности как пред приятий, их производящих, так и предприятий, перераба тывающих отходы, снижению затрат на геолого-разведоч ные работы и экономии природного сырья в целом, т. е. повышению эффективности капитальных вложений в на родное хозяйство.
Особое значение для экономики страны имеет интен сификация развития таких территориально-производст венных комплексов РФ, как Курская магнитная анома лия, Оренбургский и Ангаро-Енисейский ТПК, Саян ский, Братский, Усть-Илимский и Канско-Ачинский (КАТЭК) топливно-энергетические комплексы и др.
Основой для создания КАТЭК послужили огромные запасы каменного угля, залегающего вблизи поверхности земли и добываемого открытым способом. Благодаря вы сокой производительности труда и низким удельным ка питальным затратам развитие КАТЭК может оказать зна чительное влияние на топливно-энергетический баланс нашей страны. В настоящее время приходится возить
93
уголь на значительные расстояния, что ведет к высоким транспортным расходам. Кроме того, транспортировка в открытых вагонах обусловливает значительные потери уг ля за счет пыления и загрязнение окружающей среды. Поэтому новые энергоемкие производства необходимо размещать вблизи мест добычи угля, где вводятся в дейст вие мощные тепловые электростанции. Часть энергии этих станций будет передаваться также на европейскую территорию страны.
Сосредоточение ГЭС в районе КАТЭК осложняет эко логическую обстановку, так как производство электро энергии сопровождается выбросами в воздушный бассейн больших количеств пыли, диоксида серы и оксидов азота. Поэтому должны быть внедрены эффективные системы предотвращения образования перечисленных вредных ве ществ или их очистки.
Предприятия ТПК являются отдельными ячейками общей системы промышленного узла. При этом данная промышленная система имеет несколько изолирован ных, т. е. не связанных между собой, выходов в био сферу.
Экологическое воздействие в целом на природу можно уменьшить, устраняя вредные выбросы не только с по мощью очистных сооружений, но и создавая системы замкнутых материальных потоков. Для получения хлора, например, может быть использован метод электрохимиче ской переработки отходов содового производства. В про изводственный цикл завода можно будет возвращать гидроксид кальция в виде отработанного электролита, а выделяющийся хлор использовать при проведении хи мических процессов.
Для регионов с напряженной экологической обстанов кой следует в первую очередь проектировать такие про мышленные предприятия, при эксплуатации которых су щественно уменьшается количество образующихся отхо дов.
94
1.9. Промышленные экосистемы и эколого-промышленные парки
Для определения эффективности промышленного производства Всемирный бизнес-совет предпринимателей по устойчивому развитию ввел понятие экоэффектив-ности. Экоэффективность достигается при производстве конкурентоспособных товаров и услуг, удовлетворяющих потребности людей и качество жизни и существенно уменьшающих вредное воздействие на окружающую при родную среду.
Экоэффективность должна способствовать:
В промышленных экосистемах оптимизируется ис пользование сырьевых и энергетических ресурсов, сво дится к минимуму образование отходов, а отходы одних процессов и производств служат сырьем для других. Про мышленная экосистема — это взаимосвязанная сеть ком паний и организаций в регионе, которые используют по путно образующиеся продукты, отходы и энергию по од ному из следующих направлений:
95
Система предприятий в Калундборге объединяет пяте рых основных партнеров:
Более 20 лет назад партнеры через двусторонние дого воры начали организацию промышленной экосистемы. До ее создания термическая эффективность использова ния угля на электростанции составляла всего 40%. В то же время другой мощный потребитель энергии — НПЗ компа нии Statoil — выбрасывал большие объемы горючих газов. В начале 1980-х годов началась серия переговоров и со гласований:
96
Еще раньше началась организация материальных по токов:
Промышленная экосистема позволила вовлеченным предприятиям снизить затраты на производство продук ции и уменьшить загрязнение воздуха, воды и почвы в регионе. Организация и функционирование экосистемы в Калундборге дали возможность сделать следующие об щие выводы:
97
Экопромышленные парки
Особая форма промышленных экосистем реализована в экопромышленных парках (ЭПП). В них появляются условия для экономически и экологически более эффек тивной организации жизнедеятельности региона. Подход тот же, что и при организации ТПК, но с более тесными и целенаправленными связями между предприятиями и на меньшей территории.
Экопромышленный парк — это объединение произво дителей товаров и услуг, желающих улучшить экономиче ское состояние и экологическую обстановку путем сов местного управления природными ресурсами (энергией, водой и материалами). Работая вместе, производители рассчитывают получить коллективный эффект — боль ший, чем они имели бы по отдельности.
Цель ЭПП — повысить экономические показатели входящих в объединение производителей и уменьшить загрязнение окружающей среды. Для этого необходимы грамотное планирование инфраструктуры парка, повыше ние эффективности использования сырьевых и энергети ческих ресурсов и партнерство между производителями товаров и услуг. Через взаимную кооперацию предприя-
98
тия, образующие ЭПП, становятся промышленной эко системой.
Одним из наиболее известных экопромышленных пар ков является промышленный парк Бенсаид в Новой Шотландии (Канада). Сначала были разработаны прин ципы и стратегия объединения предприятий (более 1200 больших и средних производств) в промышленную экосис тему. Было выделено несколько ключевых позиций:
Затем была разработана компьютерная программа уп равления ЭПП и входящими в него предприятиями. Она содержит базу данных о предприятиях, используемых ма териалах и технологиях, законодательстве и регламенти рующих документах, правительственной помощи, продук ции из рециркулируемых и восстановленных материалов и проводимых исследованиях. Создание этой программы позволяет бизнесменам определить потенциальный ры нок для реализации продукции и провести анализ затрат и выгод. Все это способствует успешному функциониро ванию экопромышленного парка.
Подобные ЭПП целесообразно создавать и в Россий ской Федерации, особенно в районах, прилегающих к за поведникам и заказникам, которыми так богата наша страна.
99
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
О Назовите наиболее вредные вещества, загрязняющие воздух и почву.
@ Какие предельно допустимые концентрации основных вредных ве ществ вы знаете?
@ Какие отрасли промышленности наиболее опасны с точки зрения экологии?
Q Что такое малоотходные технологии?
Q Дайте определение замкнутого водооборотного цикла.
® Назовите методы очистки газовых выбросов.
Q Какие методы очистки воды применяются в промышленности?
Q Как бороться с загрязнением почвы?
Q Каковы требования к свалкам твердых бытовых отходов?
ф Что такое несанкционированная свалка?
Глава 2
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
2.1. Методики расчета аппаратов очистки газовых выбросов
2.1.1. Расчет циклона
Циклоны относят к сухим механическим пылеулав ливателям, в которых пыль оседает под действием центробежных сил. Они полу чили широкое распростране ние. Выпускают циклоны ци линдрического и конического типов. Циклоны цилиндриче ского типа (рис. 2.1) предназ начены для улавливания сухой пыли, золы и т. д. Наиболее эффективно они работают, ког да размер частиц пыли превы шает 20 мкм. Конические цик лоны предназначены для очи стки газовых и воздушных сред от сажистых частиц. Чем больше диаметр корпуса циклона, тем выше его производительность.
(1)
/ =
Пыль
Степень очистки газа в цик лоне тем больше, чем больше коэффициент разделения сред/:
Рис. 2.1. Циклон:
1 — цилиндрический корпус;
2 — коническое днище;
3 — разгрузочный бункер
где iv,. — окружная скорость вращения частицы вместе с по током на радиусе г, м/с; г — ра диус вращения частицы, м.
101
Для циклонов значение /достигает ста и более единиц. Из выражения (1) видно, что/можно увеличить: а) умень шением радиуса вращения газового потока; б) увеличени ем его скорости. При этом следует помнить, что увели чение скорости вызывает возрастание гидравлического сопротивления и турбулентности газового потока, кото рая ухудшает процесс осаждения, а уменьшение радиу са циклона ведет к снижению его производительности. Поэтому при больших объемах запыленного газа вместо одного циклона большого диаметра применяют несколь ко циклонных элементов меньшего размера, объединен ных в одном корпусе, — батарейные циклоны (мульти циклоны).
Степень очистки газов от пыли в циклоне составляет: для частиц диаметром 5 мкм — 80—85%, диаметром 10 мкм — 70—90%, диаметром 20 мкм — 95—98%.
В промышленности наиболее распространены цик лоны НИИОгаза, отличительной особенностью которых является наклонный патрубок прямоугольного сечения, через который вводится газ. Наиболее часто применя ют циклоны с углом наклона входного патрубка 15° и 24° — соответственно ЦН-15 и ЦН-24. Гидравличе ское сопротивление циклона можно определить по урав нению
Д/> = ^ц ' *4т- |'> (2)
где м>ист — истинная скорость газа в циклоне, м/с; р,— плотность газа при соответствующей температуре, кг/м3; £ц — коэффициент сопротивления циклона.
Теоретический расчет циклонов весьма сложен, по этому на практике расчеты ведут по упрощенной мето дике. Порядок расчета может быть следующим:
1. Выбирают тип циклона с учетом размеров улавли ваемых частиц.
102
2. Определяют диаметр циклона:
Л=№, (3)
где Q — расход очищаемого газа; м3/с; wonT — оптималь ная скорость газа в циклоне, м/с.
w = -ifi- (4)
"'ист т • V '
П- ВТ
Скорость газа в циклоне не должна отклоняться более чем на 15% от wom.
5. По уравнению (2) рассчитывают гидравлическое со
противление циклона.
Из опыта установлено, что для рассматриваемого типа циклонов величина Д/>/р, имеет оптимальное значение 500-750 м2/с2.
При подборе циклона также часто используют следую щую методику. Выбирают значение Д/э/р,из оптимального
в 2
интервала и, зная £ц, по соотношению =£ = -^— рас-
считывают скорость газа в циклоне w.
Далее по уравнению расхода вычисляют диаметр цик лона и подбирают по ГОСТу соответствующий аппарат. Затем определяют степень очистки газа от пыли по но мограммам, составленным на основе опытных данных, в зависимости от фракционного состава пыли, ее плот ности, начальной запыленности газа и ряда других фак торов.
Если найденное значение степени очистки газа ока жется недостаточным, следует сделать перерасчет, увели чить соотношение Д/?/рг, тем самым повысив скорость и
103
уменьшив диаметр аппарата, выбрать другой тип цикло на, с большим £ц, а значит, более эффективный, или же установить несколько циклонов меньшего диаметра, ра ботающих параллельно. В последнем случае w остается без изменений, и таким образом удается повысить эф фективность циклона без увеличения гидравлического со противления.
Пример расчета циклона
Подобрать циклон для очистки от пыли отходящего из распылительной сушилки воздуха, если его расход состав ляет Q = 2100 м3/ч, температура — 100 °С, а наименьший размер частиц — 80 мкм.
Решение
Для улавливания частиц размером 80 мкм выбираем циклон типа ЦН-15.
Находим диаметр циклона по формуле (3):
Выбираем из ряда стандартных диаметров циклон диа метром 500 мм.
Определяем истинную скорость воздуха в аппарате по формуле (4):
"ист= 4-°'5832= 2,97 м/с. 3,14 0,52
Примем соотношение ^ = 740. •
Р/
Плотность воздуха определяем по формуле
М 273 Р' 22,4 Т '
где М — молярная масса газа, кг/кмоль; Т — температура газа, К.
104
Для воздуха М = 29 кг/кмоль и pf соответственно равна
»<=1Ш=0'95кг/м3-
По формуле (2) гидравлическое сопротивление цикло на равно
Ар = 160 • 0,95 • Цр- = 670 Па.
2.1.2. Расчет аппаратов мокрой очистки газов от пыли
2.1.2.1. Расчет пенного пылеулавливателя
f Очищенный газ
Удаление пыли в аппаратах мокрой очистки проис ходит благодаря смачиванию частичек пыли жидкостью. Процесс протекает тем эффек тивнее, чем больше поверх ность контакта фаз между газом и жидкостью, что достигается, например, диспергированием жидкости на капли или газа — на множество пузырей, форми рующих пену.
У Суспензия
Рис. 2.2. Барботажный
(пенный)
пылеулавливатель:
1 — корпус;
2 — тарелка с перфорацией;
3 — переливной порог;
4 -- слой пены на тарелке
Среди аппаратов мокрой очистки газов широкое распро странение получили пенные пы леулавливатели ЛТИ (рис. 2.2). Они бывают однополочные и двухполочные, с отводом воды через сливное устройство над решеткой и с полным протека нием воды через отверстия ре шетки (провальные). Аппараты со сливными устройствами по зволяют работать при больших колебаниях нагрузки по газу и жидкости. Выбор числа полок зависит главным образом от за пыленности газа.
105
Порядок расчета пенного пылеулавливателя
1. Выбор расчетной скорости газа.
Скорость газа в аппарате — один из важнейших фак торов, определяющих эффективность работы аппарата. Допустимый диапазон фиктивных скоростей составляет 0,5—3,5 м/с. Но при скоростях больше 2 м/с начинается интенсивный унос брызг и требуется установка брызго-улавливателей. При скоростях меньше 1 м/с возможно сильное протекание жидкости через отверстия решет ки, вследствие чего высота слоя пены снижается, а жид кость может не полностью покрывать поверхность решет ки. Для обычных условий рекомендуется скорость w — = 2 м/с.
2. Определение площади сечения аппарата.
Площадь сечения S (в м2) равна
где QH — расход газа, поступающего в аппарат при рабо чих условиях, м3/с; w — скорость газа, м/с.
Газопромыватель может быть круглого или прямо угольного сечения. В первом случае обеспечивается более равномерное распределение газа, во втором — жидкости. При выборе аппарата прямоугольного сечения длину и ширину решетки находят с помощью данных по основ ным размерам аппаратов.
3. Определение расхода поступающей воды.
Для холодных и сильно запыленных газов расход оп ределяется из материального баланса пылеулавливания, для горячих газов — из теплового баланса. В сомнитель ных случаях выполняют оба расчета и выбирают наиболь шее из полученных значений расхода. (Газ считают хо лодным, если его температура меньше 100 °С.)
Расход поступающей воды L (кг/с) рассчитывают ис ходя из материального баланса пылеулавливания:
L=Ly+LCJI, (6)
106
где Ly — расход воды, стекающей через отверстия в ре шетке (утечка), кг/с; LCJl — расход воды, стекающей через сливной порог, кг/с.
Величина Ly определяется массовым расходом улов ленной пыли Gn (кг/с); концентрацией пыли в утечке Ху (кг пыли/кг воды); коэффициентом распределения пыли между утечкой и сливной водой Кр, выраженным отноше нием расхода пыли, попадающей в утечку, к общему рас ходу пыли:
Ly = Gn ■ 5». (7)
Расход уловленной пыли (кг/с) можно определить по соотношению
Gn - Он • с„ • Л, (8)
где сн — начальная концентрация пыли в газе, кг/м3; г\ — заданная степень пылеулавливания, доли единицы.
Коэффициент распределения К находится в диапа зоне 0,6—0,8; в расчетах обычно принимают К = 0,7.
Концентрация пыли в утечке изменяется от Ху = 0,2 (для не склонных к слипанию минеральных пылей) до Ху = 0,05 (для концентрированных пылей).
Так как в утечку попадает больше пыли, чем в воду, стекающую через сливной порог, то для уменьшения об щего расхода воды целесообразно уменьшать величину LCJI. Однако слишком сильная утечка создает неравномер ность высоты слоя воды на решетке. Поэтому в расчетах рекомендуется принимать LCJl = Ly. Исходя из этого выра жение (6) приводится к виду:
L=2Gn-^. (9)
4. Определение типа решетки.
На этом этапе выбирают тип перфорации (круглые от верстия или щели), диаметр отверстия d0 или ширину ще-
107
ли Ьт и шаг между ними t. Форму отверстий выбирают исходя из конструктивных соображений, а их размер — исходя из вероятности забивки пылью. Обычно принима ют Ьш = 2—4 мм, d0 = 2,-6 мм. Затем выбирают такую скорость газа в отверстиях w0, которая обеспечит необхо димую величину утечки.
При диаметре отверстий dQ = 2—3 мм скорость газа должна составлять 6—8 м/с, а при d0 = 4—6 мм w0 = 10— 13 м/с.
Далее рассчитывают долю свободного сечения решет ки S0, отвечающей выбранной скорости:
s« = ^- <10>
где ф — отношение перфорированной площади решетки к площади сечения аппарата (ф = 0,9—0,95).
Исходя из величины SQ определяют шаг t (в м) между отверстиями в зависимости от способа разбивки отверс тий на решетке. При разбивке по равностороннему тре угольнику
Толщину решетки 5 выбирают по конструктивным со ображениям. Минимальному гидравлическому сопротив лению соответствует 5 = 5 мм.
5. Определение высоты слоя пены и сливного порога.
Высоту порога на сливе с решетки устанавливают ис ходя из создания слоя пены такой высоты, которая обес печила бы необходимую степень очистки газа.
Первоначально определяют коэффициент пылеулавли вания Кп (в м/с):
Кп=т^> (12)
где г\ — заданная степень очистки газа от пыли.
108
Связь между Кп и высотой слоя пены Н (в м) при улавливании водой гидрофильной пены выражается эм пирическим уравнением
Н = Кп - l,95w + 0,09, (13)
где величины Кп и w имеют размерность м/с. Далее опре деляют высоту исходного слоя воды на решетке Л0 (в м):
h0 = 1,43 • Я1-67*-0'83. (14)
Высоту порога hn рассчитывают по эмпирической формуле
hn =2,5h0 -0,01763V?, (15)
где / — интенсивность потока на сливе с решетки (в кг/ (м ■ с)), определяемая как
1=^5, (16)
где Ьс — ширина сливного отверстия. При прямоугольном сечении аппарата Ьс равна ширине решетки.
Пример расчета пенного пылеулавливателя Рассчитать пенный аппарат для очистки 48 000 м3/ч
газа от гидрофильной, не склонной к слипанию пыли.
Температура газа — 60 °С. Запыленность газа на входе в
аппарат сн = 0,008 кг/м3. Требуемая степень очистки х\ =
= 0,99. Очистка производится водой.
Решение
Выбираем газоочиститель системы ЛТИ и принимаем рабочую скорость газа (на все сечение аппарата) w = 2 м/с.
Рассчитываем по формуле (5) площадь сечения аппа рата:
с - 48 000 _ , (-п т
s ~ збоо~1 - 6'67 м ■
Площадь сечения аппарата по каталогу ЛТИ: S = 2,\ ■ 3,48 = 7,3 м2.
109
Фактическая скорость газа:
w _ 48 000 _ , ю 2
w ~ збооТз ' № м •
Определяем по формуле (8) расход уловленной пыли:
G" = 48 00° з°боо08 °'" =0'106кг/с-
Принимаем коэффициент распределения Кр = 0,7 и концентрацию пыли в утечке Ху = 0,15 кг пыли/кг воды. Тогда расход поступающей воды по формуле (9) составит
L = 2'°'01(fs-0'7 = 0,989 кг/с.
Выберем решетку с круглыми отверстиями диаметром d0 = 4 мм. Тогда скорость газа в отверстиях должна быть равна w0 = 10 м/с. По выражению (10) доля свободного сечения решетки SQ при ср = 0,95 равна
Если принять, что отверстия располагаются по равно стороннему треугольнику, то шаг между отверстиями в соответствии с формулой (11) составит
' = 0'004](Ш2 =0'0087м-
Толщину решетки 8 примем равной 5 мм. Определим по уравнению (12) коэффициент скорости пылеулавливания:
к = 2 0,99 1,82 = , S7 -
*п 2-0,99 3'57 М/С-
Тогда высота слоя пены на решетке в соответствии с уравнением (13) равна
#= 3,57 - 1,95 • 1,82 + 0,09 = 0,11 м. ПО
Высоту исходного слоя воды на решетке рассчитываем по формуле (14):
Л0 = 1,43 • О, И1'67 • 1,82-°*83 = 0,0218 м.
Интенсивность потока на сливе с решетки найдем по соотношению (16):
1 = Т^ГД =°'142кгАм-с)-Высота сливного порога по формуле (15) будет равна
/гп = 2,5 • 0,0218 - 0,0176Vo,1422 = 0,05 м.
2.1.2.2. Расчет скруббера Вентури
Из конструкций мокрых пылеулавливателей, выпол ненных на базе трубы-коагулятора Вентури, наиболее удачными считаются разработки институтов НИИОгаз и «Гипрогазочистка», в которых определены 10 типоразме ров скруббера Вентури с регулируемым сечением горло вины. На рис. 2.3 представлен унифицированный аппарат этого типа.
Аппарат изготавливают в двух модификациях. Первая рассчитана на расход газа от 2 до 50 000 м3/ч, сечение горловины регулируют коническим обтекателем с углом раскрытия 7°. Во второй модификации для регулирования сечения устанавливают эллиптический (плоский) обтека тель. Скорость газа в горловине при этом может изме няться от 85 до 145 м/с.
Гидравлическое сопротивление аппарата за счет изме нения скорости газа может колебаться в пределах от 40 до 120 гПа, удельное орошение — 0,5—3,5 л/м3. Область использования пылеулавливателей этого типа — обеспы ливание газов с температурой до 400 °С, начальной кон центрацией пыли до 30 г/м3 и допустимым содержанием взвесей в оборотной воде 0,5 г/л.
Ill
Шлам
f
Очищенный газ
112
Рис. 2.3. Скруббер Вентури:
/ — труба Венгури (1а — диффузор, 16 — конфузор);
2 — распределительное устройство для подачи воды;
3 — циклонный сепаратор; 4 — отстойник для суспензии;
5 — промежуточная емкость; 6 — насос
Порядок расчета скруббера Вентури
В ряде частных случаев степень очистки газа от взве шенных частиц г\ может быть рассчитана по эмпириче ским формулам. Обычно же ее определение требует про ведения экспериментов.
Для частиц диаметром более 0,1 мкм фракционную эффективность пылеулавливания в скруббере Вентури можно определить из эмпирической зависимости
Лф/ = 1 - ехр
1 ее*. |Ртв"ч( г
и56т '-вдг
где т — удельное орошение, л/м3; ртв — плотность пы ли, кг/м3; dK — средний диаметр капель, м; d4i — диа метр частиц /-й фракции, м; ц, — динамический коэффи циент вязкости газа, Па -с; wT — скорость газа в горлови не, м/с.
Для частиц размером 1—10 мкм при определенных скоростях газа и удельном орошении по рассчитанной фракционной эффективности очистки можно предвари тельно определить из справочных таблиц гидравлическое сопротивление в трубе.
Общая эффективность пылеулавливания:
i=1
где г|( — эффективность пылеулавливания для /-й фрак ции, рассчитанная по dcp для данной фракции; Ф( — мас совая доля /-й фракции.
Дальнейший уточняющий расчет сводится к расчету скорости газа и геометрических параметров трубы Вен тури.
Скорость газа в горловине трубы:
из
где ^сух — коэффициент гидравлического сопротивления «сухой» трубы; £ж — коэффициент гидравлического со противления трубы с учетом подачи орошающей жидкос ти; р и рж — соответственно плотности газа и орошающей жидкости, кг/м3; т — удельное орошение, м3/м3; Д-Рт — гидравлическое сопротивление трубы Вентури.
Для расчета геометрических размеров стандартизован ной трубы Вентури используют ряд эмпирических соот ношений.
Диаметр горловины:
wT
d= 1,88 • Ю-2 'FrBbK
где УТЪЫХ — производительность пылеулавливателя по влажному газу при температуре и давлении газа на выходе из диффузора, м3/ч.
Длина горловины /г = 0,15с?г и при увеличении угла раскрытия конфузора от 25 до 60° увеличивается вдвое.
Диаметр входного отверстия трубы:
* - '-88'10"2 J5'
где Кгвх — производительность установки по газу при температуре и давлении на входе в трубу, м3/ч; wBX — со ответствующая скорость (wBX = 12—20 м/с). Длина конфузора:
где ах — угол раскрытия конфузора (а{ ~ 25—30°). Диаметр выходного отверстия:
d= 1,88 • 10~2 pss,
Д N *вых
где wBbIX — скорость газа на выходе из трубы (wBbIX = = 12,0 м/с).
114
Длина диффузора:
, = da-dT Д , (Щ
где ос2 — угол раскрытия диффузора (ос2 ~ 7°).
2.2. Методики расчета аппаратов очистки сточных вод
2.2.1. Расчет отстойника
Отстаивание применяют для разделения грубых сус пензий, в частности для осаждения из сточных вод грубо-дисперсных примесей. Отстаивание происходит под дей ствием сил тяжести. Для проведения процесса использу ют песколовки, отстойники и осветлители.
В промышленности широко применяют отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой (рис. 2.4).
Осветленная жидкость
Осадок
Рис. 2.4. Отстойник для суспензий:
/ — цилиндрический корпус; 2 — днище; 3 — гребковая мешалка;
4 — кольцевой желоб для сбора осветленной жидкости
115
При расчете отстойников основной расчетной величи ной является поверхность осаждения F (в м2), которую находят по формуле
F = K3 °ш .*°с~х™, (17)
Ро.св' ст *ос осв
где К3 — коэффициент запаса поверхности, учитывающий неравномерность распределения исходной суспензии по всей площади осаждения, вихреобразование и другие факторы, проявляющиеся в производственных условиях (обычно К3 = 1,3—1,35); Gcu — массовый расход исходной суспензии, кг/с; росв — плотность осветленной жидкости, кг/м3; wCT — скорость осаждения частиц суспензии, м/с; *см' хос *осв ~~ соответственно содержание твердых частиц в исходной смеси, осадке и осветленной жидкости, мас совые доли.
Скорость осаждения частиц суспензии (скорость стес ненного осаждения, м/с) можно рассчитать по формулам:
при е > 0,7
WCI=W0C- Е2 • Ю-1.82(1 - е). (18)
при е < 0,7
з
"ст= °С, ' , (19)
woc-0,123eJ 1-е
где woc — скорость свободного осаждения частиц; е — объемная доля жидкости в суспензии. Величину е находят по соотношению
_ ^ -"-смРсм
(20)
где рсм и рт — соответственно плотность суспензии и твердых частиц, кг/м3.
Плотность суспензии можно определить по формуле
р-=;—hr' <21>
Рт Рж
где рж — плотность чистой жидкости, кг/м3. 116
Скорость свободного осаждения шарообразных частиц (в м/с) рассчитывают по формуле
где ^ — вязкость жидкости, Па • с; dT — диаметр части цы, м; Re — число Рейнольдса при осаждении частицы.
Если частицы имеют не шарообразную форму, то в формулу (22) в качестве dT следует подставить диаметр эк вивалентного шара; кроме того, величину woc следует ум ножить на поправочный коэффициент ф, называемый ко эффициентом формы. Его значения определяют опытным путем. В частности, для округлых частиц ср ~ 0,77, для уг ловатых — 0,66, для продолговатых — 0,58, для пластин чатых — 0,43.
Значение Re рассчитывают по формулам, зависящим от режима осаждения, что определяется с помощью кри терия Архимеда:
Аг= <*тРж£(Рт-Рж)
(23)
При Аг < 36
Re=^r; (24)
18'
при 36< Аг < 83 000
Re = 0,152 Аг°>714; (25)
при Аг > 83 000
Re=l,74„/Ar. (26)
Пример расчета отстойника
Рассчитать отстойник для сгущения водной суспензии по следующим данным: расход суспензии Gcu = 9600 кг/ч. Содержание твердых частиц: в суспензии хси = 0,1, в осад ке jCqj, = 0,5, в осветленной жидкости хосв = Ю-4 кг/кг. Частицы суспензии имеют шарообразную форму. Мини-
117
мальный размер удаляемых частиц dT = 25 мкм. Плот ность частиц рт = 2600 кг/м3. Осаждение происходит при температуре 5 °С.
Решение
Определим значение критерия Аг по формуле (23):
д,. = (25 • КГ6)3 • 1000 • 9,81(2600 -1000) = Q m (1,519-КГ3)2 Поскольку Аг < 36, рассчитываем Re по формуле (24):
Re = 9J£6 = 0,00589.
18
Скорость свободного осаждения в соответствии с вы ражением (22) составит
= 0,00589 ■ 1 519 • IP'3 = 3,58 • 10-4 м/с. 25 • 10~6 • 1000
Найдем плотность суспензии по формуле (21):
Р» - -рЗ-^5- = Ю66 кг/м'. 2600 1000 По формуле (20) определим значение е:
. = i-ол Ю66 = 0 959
Е 2600 '* У-
Поскольку е > 0,7, для расчета скорости стесненного осаждения применяем формулу (18):
wCT = 3,58 • Ю-4 • 0,9592 • КГ1-82*1 ~ °>959) = = 2,77 • 10~4 м/с.
По формуле (17) находим поверхность осаждения, принимая А'з = 1,3 и считая, что плотность осветленной жидкости равна плотности чистой воды:
F= 1,3 2600 (0,5-0,1) = 10,о М2.
3600 • 1000 • 2,77 • 10"4 °'5 - °'0001
118
По приведенным данным выбираем отстойник диа метром 3,6 м, высотой 1,8 м, имеющий поверхность 10,2 м2.
2.2.2. Расчет фильтров для суспензий
Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодисперсных диспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруд нено. Разделение проводят при помощи пористых перего родок, пропускающих жидкость и задерживающих дис пергированную фазу.
Среди фильтров непрерывного действия известны вакуум-фильтры барабанные (рис. 2.5), дисковые и лен точные.
Исходными данными для расчета фильтра являются требуемая производительность по фильтрату, перепад
Рис. 2.5. Схема барабанного вакуум-фильтра с наружной
фильтрующей поверхностью:
1 — вращающийся металлический перфорированный диск;
2 — волнистая проволочная сетка; 3 — фильтровальная ткань;
4 — осадок; 5 — нож для съема осадка; 6 — корыто для суспензии;
7 — качающаяся мешалка; 8 — устройство для подвода промывной жидкости;
9 — ячейки барабана; 10 — трубы; 11, 12 — вращающаяся и неподвижная
части распределительной решетки
119
давления при фильтровании и промывке, массовая кон центрация твердой фазы в исходной суспензии. Кроме того, из экспериментов должны быть определены конс танты фильтрования: удельное сопротивление осадка и сопротивление фильтровальной перегородки; влажность отфильтрованного осадка и удельный расход промывной жидкости, т. е. расход, необходимый для промывки 1 кг осадка; минимальная продолжительность окончательной сушки осадка; оптимальная высота слоя осадка (как пра вило, она составляет 7—15 мм).
Перед расчетом на основании стандартной разбивки поверхности фильтра на технологические зоны задают значения углов сектора предварительной сушки осадка, зон съема осадка, регенерации фильтровальной перего родки, мертвых зон.
Ориентировочная частота вращения барабана, обеспе чивающая образование осадка заданной толщины, его промывку и сушку, может быть определена в зависимости от распределения зон по поверхности барабана, от про должительности фильтрования, промывки и сушки осадка.
Требуемую общую поверхность фильтрования находят
по выражению
V *т
р — ' об°ц ^ф.удЛ-п
где Коб — заданная производительность по фильтрату, м3/с; Кп — поправочный коэффициент, учитывающий необхо димость увеличения поверхности из-за увеличения сопро тивления фильтровальной перегородки при многократ ном ее использовании (Кп = 0,8); г>фуд — удельный объем фильтрата, т. е. объем, получаемый с 1 м2 фильтровальной перегородки за время фильтрования, определяемый как
По найденному значению Fo6 из каталога выбирают типоразмер фильтра и определяют требуемое количество фильтров. Затем следует проверка пригодности выбран ного фильтра.
120
2.2.3. Расчет выпарного аппарата
Процесс выпаривания широко применяют для кон центрирования растворов нелетучих веществ. На рис. 2.6 представлена установка, в которую входит выпарной ап парат с центральной циркуляционной трубой.
Рис. 2.6. Схема однокорпусной выпарной установки:
1 — сепаратор; 2 — греющая камера; 3 — циркуляционная труба;
4 — барометрический конденсатор; 5 — барометрическая труба;
121
6 — вакуум-насос
1. Уравнения материального баланса выпаривания:
GH=GK + W, (27)
где GH — массовый расход начального (исходного) раство ра, кг/с; <?к — массовый расход конечного (упаренного) раствора, кг/с; W — массовый расход выпариваемой во ды, кг/с;
GH • Ъ = Gx ■ хк, (28)
где Хд, хк — массовые доли растворенного вещества в на чальном и конечном растворах. Из этих уравнений определяют:
а) количество упаренного раствора:
<?к=%^,кг/с; (29)
б) конечную концентрацию раствора:
*" ^ <30)
в) количество выпаренной воды:
IV = G-G=G„- ^^ =
х„
= £.
, кг/с; (31)
1-22
г) количество выпаренной воды, приходящееся на 1 кг раствора начальной концентрации:
w = 1 - ^ = ^^. (32)
хк хк
2. Уравнение теплового баланса выпарного аппарата: О + G -с • t = G -с • t + W ■ i + 0 (33)
где 0 — расход теплоты на выпаривание, Вт; сн, ск — со ответственно удельные теплоемкости начального и конеч ного (упаренного) растворов, Дж/кг • К; tH, tK — соответ-
122
ственно температуры начального раствора на входе его в аппарат и конечного раствора на выходе его из аппарата, °С; /вт— удельная энтальпия вторичного пара на выходе его из аппарата, Дж/кг; (?пот — расход теплоты на ком пенсацию потерь в окружающую среду, Вт.
3. Расход теплоты на выпаривание.
Из уравнения (33) получаем
Q=GH- cH-(tK- /H) + W{im - св- у + <2ПОТ, (34)
где св — удельная теплоемкость воды при tK, Дж/кг.
Величину QnoT принимают в размере 3—5% от Шнагр+
+ Оисп)-
4. Расход греющего пара:
<?-=(74г, = 6'КГ/С' (35)
где /'" — удельная энтальпия сухого насыщенного пара, Дж/кг; /' — удельная энтальпия конденсата при темпера туре конденсации, Дж/кг; х — паросодержание (степень сухости) греющего пара; гтп — удельная теплота конден сации греющего пара, Дж/кг.
5. Удельный расход пара на выпаривание:
/-»
d = -££, кг г. п/кг исп. воды. (36)
w
6. Удельная теплоемкость раствора:
с = CjXj + с2х2 + с3х3 + ..., (37)
где сь с2, с3, ... — удельные теплоемкости компонентов, Дж/кг • К; хи х2, х3, ... — массовые доли компонентов.
Для расчета удельной теплоемкости двухкомпонент-ных (вода + растворенное вещество) разбавленных вод ных растворов (х < 0,2) пользуются приближенной фор мулой
с = 4190(1 - х), (38)
где 4190 — удельная теплоемкость воды, Дж/кг • К; х — концентрация растворенного вещества, массовые доли.
123
Удельную теплоемкость химического соединения при отсутствии экспериментальных данных можно ориенти ровочно рассчитать по уравнению
Мс = njCj + п2с2 + п3с3 + ..., (39)
где М — молекулярная масса химического соединения; с — его массовая удельная теплоемкость, Дж/кг • К; п1, п2, п3,... — числа атомов элементов, входящих в соединение; cl9 c2, съ, ... — атомные теплоемкости, Дж/кг • атом К.
7. Определение и расчет температур и давлений.
Соотношение температур:
'r.n>km>'x>'l>'<»
где /q — температура вторичного пара в барометрическом конденсаторе (определяется как температура кипения во ды при давлении р0); t{ — температура вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата (определяется как темпе ратура кипения воды при р^):
t{=tQ+AtTC. (40)
Atrc — гидравлическая депрессия; это изменение темпера туры вторичного пара на участке «сепаратор — баромет рический конденсатор», вызванное падением давления пара из-за гидравлического сопротивления паропровода вторичного пара:
Ч.с = >1~ 'о> <41)
где ^ — температура вторичного пара в сепараторе; /0 — температура вторичного пара в барометрическом конден саторе (определяется как температура кипения воды при давлении р0).
/к — температура кипения раствора в сепараторе, при которой упаренный раствор выводится из аппарата:
124
А/депр — температурная депрессия; это разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя:
А'депр = 'кип - ^0- (43>
Если известна температурная депрессия при атмос ферном давлении Д7д™р, то можно найти Ыяепр (в К) и при другом давлении по эмпирической формуле
А/депр = 16,2 • Д/;™р ■ 11, (44)
где Т — температура кипения воды при данном давлении, К; г — удельная теплота испарения воды при данном дав лении, Дж/кг.
Расчет температуры кипения растворов можно осу ществить разными способами. Например, если для какого-либо раствора известна только одна температура кипения при одном давлении, то можно определить температуру кипения раствора при другом давлении:
= const. Ро-
Если давление в аппарате р не равно 1 кгс/см2, то зна чение А/депр пересчитывают на соответствующее давление.
'кип ~ это средняя температура кипения раствора в трубах:
>кип = >к+Д'г.э> (45)
где Д/Г_э — гидростатическая депрессия (гидростатический эффект).
Гидростатическая депрессия, или повышение темпера туры кипения раствора вследствие гидростатического дав ления столба жидкости в аппарате:
Ч.Э = 'ср - >1> (46)
где / — температура кипения воды при давлении.
/>сР = Р\ + 0>5Рр?Яопт> (47)
125
где tY — температура вторичного пара в сепараторе выпар ного аппарата, К; рр — плотность раствора, кг/м3; Нот — оптимальная высота уровня раствора, м.
Яопт = [0,26 + 0,0014(рр - рв)] • Н^, (48)
где /Zjp — рабочая высота труб, м; рр и рв — соответствен но плотности раствора конечной концентрации и воды при температуре кипения, кг/м3.
8. Общая и полезная разность температур.
Общая разность температур — это разность между температурой конденсации греющего пара tTn и темпера турой кипения чистого растворителя /0:
Чбщ = >г.п - 'о- (49)
Полезная разность температур Д?пол всегда меньше ДГобщ на величину температурных потерь £Afn0T:
А'пол = А'общ _ 2А'паг> (5°)
так как температура кипения раствора выше температуры кипения чистого растворителя, а давление раствора выше давления в паровом пространстве, т. е.
АЧ10Л ~~ Т.П *КИП ~~ АЧ)бщ ДЧ10Т> \Jl)
где tKMn — температура кипения раствора, К.
9. Площадь поверхности теплообмена F. Определяется
из уравнения теплопередачи:
F=t-$—,m\ (52)
где Q — тепловая нагрузка аппарата, Вт; к — коэффици ент теплопередачи, Вт/м2 • К.
Пример расчета выпарного аппарата
Определить необходимую поверхность нагрева вакуум-выпарного аппарата и расход греющего насыщенного во дяного пара для выпаривания раствора хлористого каль ция от 15 до 25%. Производительность по исходному (разбавленному) раствору — 20 000 кг/ч. Абсолютное давле ние греющего пара — 1,4 кгс/см2, влажность пара — 5%. Аб-
126
солютное давление в барометрическом конденсаторе (где конденсируется вторичный пар) р0 = 0,345 кгс/см2, а в се параторе рх — 0,36 кгс/см2. Исходный раствор поступает в аппарат при tH = 75 °С. Коэффициент теплопередачи при нять равным 1000 Вт/м2 • К, а тепловые потери — в раз мере 5% от полезно затрачиваемой теплоты. Рабочая вы сота труб греющей камеры — 4 м:
GH = 20 000 кг/ч ртп = 1,4 кгс/см2
w = 5%
р0 = 0,345 кгс/см2
р{ - 0,36 кгс/см2
tH = 75 °С
к = 1000 Вт/м2 • К <2noT=5%oTQ
Н^ = 4 м
хн = 15%
хК = 25%
F-1
Решение
1. Температурный режим.
1.1. Температуру вторичного пара в сепараторе опреде
ляем по формуле (40):
h = h + Д>г.о
где t0 = 71,7 °С — температура насыщенного водяного па ра при р0 = 0,345 кгс/см2; AtTC — гидравлическая депрес сия. Принимаем Д/гс = 1 °С; t{ = 71,7 + 1 = 72,7 °С.
1.2. Конечную температуру раствора (температуру ки
пения раствора в сепараторе) находим по формуле (42):
к = h + А W
127
Для определения температурной депрессии воспользу емся правилом Бабо. Определим температуру кипения раствора при наличии над раствором абсолютного давле ния рх = 0,36 кгс/см2; 25%-я раствор СаС12 при атмос ферном давлении (р\ = 1,033 кгс/см2) кипит при темпе ратуре 107,5 °С. При этой температуре давление насы щенного водяного пара р'в = 1,345 кгс/см2.
Ц) =\Щ= 0,77.
Ръ' 107,5° 1,j4j
Это соотношение сохраняет постоянное значение п при всех температурах кипения раствора. Для искомой температуры кипения раствора при рх = 0,36 кгс/см2
—) = 0,77, отсюда
м
Из справочных таблиц находим, что этому давлению соответствует температура кипения воды 79,2 °С. Эту же температуру кипения будет иметь и 25%-й раствор СаС12 при давлении над раствором 0,36 кгс/см2.
Температура кипения воды при давлении 0,36 кгс/см2 равна 72,9 °С.
Температурную депрессию раствора вычисляем по формуле (43):
Д'депр = km - Ч = 79,2 - 72,9 = 6,3 °С = 6,3 К;
tK = 72,7 + 6,3 - 79 °С.
1.3. Средняя температура кипения раствора в трубах. По формуле (45)
'кип — *к д'г.э'
где Д/гэ — гидростатическая депрессия, определяем по формуле (46):
Д'г.э='ср->1-
128
Оптимальную высоту уровня по водомерному стеклу определяем по формуле (48):
Нот = [0,26 + 0,0014(рр - Рв)] • Н^.
Так как плотности рр и рв надо брать при неизвестной температуре кипения, примем ^п = 85 °С. Тогда
Яопт = [0,26 + 0,0014(1197 - 969)] • 4 = 2,3 м,
здесь рр = 1197 кг/м3, рв = 969 кг/м3.
Гидростатическое давление рср в середине высоты труб при Яопт находим по формуле (47):
Pep =Pl + °»5Pp8^oirr =
= 0,36 + °'51919871.91Ь84Ь2'3 " °>5 ™/™2'
При />ср =0,5 кгс/см2 температура кипения воды tcp = = 80,9 °С. Тогда
АГГЭ = /ср - tx = 80,9 - 72,7 = 8,2 °С = 8,2 К.
Среднюю температуру кипения раствора в трубах оп ределяем по формуле (45):
W = >к + А/Г.э = 79 + 8,2 = 87,2 °С.
2. Количество выпариваемой воды рассчитываем по формуле (31):
W= G,
1-^"
20 000
н * - 3600
1-if) =2,22 кг/с.
3. Количество теплоты, передаваемое от греющего па ра к кипящему раствору, вычисляем по формуле (34):
Q = Сн • С* ' (>к - >н> + ^Овт - V 'к) + бпоп
где сн — теплоемкость разбавленного раствора, определя ем по формуле (38): сн = 4190(1 - х) = 4190(1 - 0,15) = = 3560 Дж/кг • К; /вт — удельная энтальпия пара при температуре 72,7 °С. Примем £?пот = 5% от Q.
129
4. Расход греющего пара находим по формуле (35):
Gvn=-Q-= 5120*°3 =2,4 кг/с, г'п 'гл.* 2237 -103- 0,95
где ггп — удельная теплота парообразования греющего пара при ртп = 1,4 кгс/см2; х — паросодержание (степень сухости пара), х = 1 - 0,05 = 0,95.
Удельный расход греющего пара вычисляем по фор муле (36):
d= -Ш = 4^ = 1,08, кг г.п/кг исп. воды. W 2,22
5. Общую разность температур определяем по формуле
(49):
д'общ = >г.п ~ к = Ю8,7 - 71,7 = 37 °С = 37 К,
где tTn = 108,7 °С при давлении насыщенного пара ртп = = 0,14МПа.
Полезная разность температур:
Чшг = >г.п - 'кип = 108,7 - 87,2 = 21,5 °С = 21,5 К.
6. Площадь поверхности теплообмена рассчитываем
по формуле (52):
F- Q - 5120 • 103 _ 9™ , ^2 Г~ГЦ^- 1000-21,5 ~238'1м-
2.3. Методика расчета теплообменных аппаратов
В теплообменных аппаратах можно осуществлять про цессы нагрева, охлаждения, испарения, конденсации. Широко используют для этих целей кожухотрубные теп лообменники (рис. 2.7). При расчете теплообменных ап паратов определяют необходимую поверхность теплооб мена, расход нагревающих или охлаждающих агентов, кон структивные размеры и гидравлическое сопротивление теплообменных аппаратов.
130
Рис. 2.7. Одноходовой кожухотрубный теплообменник
жесткой конструкции: / — корпус; 2 — трубные решетки; 3 — трубы; 4 — крышка; 5 — днище; 6 — болт; 7 — прокладка; /, // — теплоносители
131
1. Определение тепловой нагрузки и расхода нагре вающих или охлаждающих агентов.
Для определения расхода нагревающих или охлаждаю щих агентов пользуются уравнением теплового баланса:
<2i = Qb (53)
где Q\, Q2 — соответственно количество теплоты, отдаваемое горячим и принимаемое холодным теплоносителями, Вт. Если аппарат предназначен для нагревания, то тепло вую нагрузку определяют по уравнению
Q2 = G2c2(t2K - /2н), (54)
а расход нагревающего агента — по уравнению
01 = gici('ik ~ >1н)- (55)
Если нагревающим агентом является пар, то его рас ход (при условии, что пар поступает насыщенным, а кон денсат удаляется из аппарата при температуре насыще ния) находят по уравнению
Q\ = <2конд = Gl- Г, (56)
1 г Если же аппарат предназначен для охлаждения, то при вычислении тепловой нагрузки пользуются уравнением (55), а расход охлаждающего агента рассчитывают по уравнению (54). При определении расхода охлаждающего или нагревающего агента необходимо знать его начальное (оно бывает задано) и конечное (им обычно задаются) со стояние. В собственно теплообменниках обычно известно количество обоих теплоносителей, но из четырех темпе ратур, характеризующих их начальное и конечное состоя ние (/1н, t2il, /1к, /2к)' Даны лишь три; четвертую (неизвест ную) температуру определяют, приравнивая правые части уравнений (54) и (55).
132
Используемые обозначения:
Qx — количество теплоты, отдаваемое горячим тепло носителем, Вт;
Q2 — количество теплоты, принимаемое холодным теплоносителем, Вт;
G! и (?2 - соответственно количество горячего и хо лодного теплоносителей, кг/с;
Cj и с2 — соответственно удельные теплоемкости горя чего и холодного теплоносителей, Дж/кг • К;
hw ha ~ соответственно начальная и конечная темпе ратуры холодного теплоносителя, °С;
hw Чк. ~ соответственно начальная и конечная темпе ратуры горячего теплоносителя, °С;
г — теплота конденсации насыщенного пара, Дж/кг.
2. Определение среднего температурного напора и средних температур теплоносителей.
Если теплоносители движутся противотоком или пря мотоком, то средний температурный напор Д/ср определя ют по следующим формулам:
Чр= 2 . если jf < 2> <57)
или
д, =^=^!,если^>2,
*м "*м
где Д/б, Д/м — соответственно большая и меньшая разнос ти температур на концах теплообменника.
В многоходовых теплообменниках теплоносители дви жутся вдоль части поверхности теплообмена противото ком и вдоль другой ее части — прямотоком. Для такого вида движения (смешанный ток) указанные формулы да ют завышенные значения.
133
Для расчета среднего температурного напора при сме шанном токе можно пользоваться следующими формулами:
2.1. Если теплообменник имеет один ход в межтруб ном пространстве и четное число ходов в трубах, то
J At2, + Atl
Atb +At„-\а?х+At\
2.2. Если теплообменник имеет N ходов в межтрубном пространстве и число ходов в трубах, кратное N (много кратный смешанный ток), то
A + Ja?!
+ At'
2
J At2 + Atl
Д'-» = . /Г^- (59)
iVln
A-jAt2 + At Величину А определяют по формуле
N At* + M At
л = (лгб - a;m) v б v M- (60)
Ah ~ hn ~ Чк ~ изменение температуры горячего теп лоносителя;
д?2 = ^2к ~~ ha ~ изменение температуры холодного теплоносителя.
Средние температуры горячего /ср1 и холодного tcp2 теплоносителей определяют следующим образом:
при At2 < &t{
tCP2=t24h*><cPl = tcp2 + btcp, (61)
при Atx < At2
^1 = Ц^.'ср2 = ^р1-Чр- («)
134
3. Определение сечений для прохода теплоносителей.
Диаметр и количество труб (или сечение каналов в пластинчатых и спиральных теплообменниках) необходи мо выбрать так, чтобы теплоносители двигались с требуе мыми скоростями. Для этого соответствующее сечение для прохода теплоносителя (в м2) должно удовлетворять условию
S = #, (63)
где G — расход теплоносителя, кг/с; W — массовая ско рость теплоносителя, кг/м2 • с.
В то же время сечения для прохода теплоносителей связаны с конструктивными размерами аппарата приве денными ниже соотношениями.
3.1. В трубчатых теплообменниках площадь попереч ного сечения трубного пространства составляет (в м2)
о _ Яй?в и _ ndB П (f..
где dB — внутренний диаметр трубы, м; п1 — число труб в одном ходе (пх = -); п — общее число труб в аппарате; Z — число ходов. z
При расчете теплообменников «труба в трубе», а также оросительных и погружных теплообменников в формуле (64) под п1 понимают число параллельных секций.
3.2. Площадь поперечного сечения межтрубного про странства (в м2) определяют в зависимости от его устрой ства.
3.2.1. В межтрубном пространстве без перегородок
^мтр = ! • (&-nd2H), (65)
где D — внутренний диаметр кожуха, м; dn — наружный диаметр труб, м.
Формула (65) применима и для теплообменников «труба в трубе»; при этом п = 1.
135
■V.» - S-f^ ■ »т)
'прив
При этом Sj^p определяют по формуле (65), а коэффи циент ф, учитывающий сужение сечения труб, находят по уравнению
i-i
Ф= fjb, (68)
'Mi)
где / — шаг труб, м.
Приведенную длину пути теплоносителя между пере городками /прив определяют по следующим формулам:
для сегментных перегородок
lnpm = h + D-±b; (69)
для чередующихся колец и дисков
/ = h + - - -г- - (70)
'прив 2 3 2'
Необходимо придерживаться следующих соотношений: для сегментных перегородок
Ь = ДЩ = (0,2 - 0,4)Д (71)
для чередующихся колец и дисков
*-*££<!-'• (72)
где г = 2Аф. 136
Перед расчетом сечений для прохода теплоносителей выбирают скорости их движения и диаметры труб.
В кожухотрубных теплообменниках целесообразно применять трубы небольших диаметров, так как при этом уменьшаются габариты аппарата. Обычно используют трубы диаметром 16—38 мм; для газов, загрязненных и вязких жидкостей применяют трубы диаметром до 76 мм и более. Трубами меньшего диаметра (5—16 мм) пользу ются для теплоносителей, находящихся под высоким дав лением.
В теплообменниках «труба в трубе» применяют трубы диаметром 38—57 мм (при диаметре наружной трубы 76— 108 мм), в погружных теплообменниках — от 38 до 76 мм и более, в оросительных теплообменниках — трубы диа метром 50—100 мм.
Для жидкостей массовую скорость в трубах теплооб менников принимают равной 200—2000 кг/м2-с, причем более низкие значения выбирают для одноходовых кожу хотрубных теплообменников, средние — для многоходо вых, элементных, погружных и оросительных теплооб менников, а более высокие — для теплообменников «тру ба в трубе» и каналов спиральных теплообменников.
Для газов при атмосферном давлении массовую ско рость принимают в пределах 2—20 кг/м2-с. При повы шенном давлении допускаемая массовая скорость газа увеличивается примерно пропорционально давлению; при высоких давлениях (порядка 300 атм) она достигает 1000 кг/и2 • с.
4. Определение коэффициента теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи определяют по формуле
к = -. Ц—г, Вт/м2 ■ К, (73)
где а{ и ос2 — коэффициенты теплоотдачи горячего и хо лодного теплоносителей, Вт/м2-К; V^ — тепловое со противление стенки, Вт/м2 • К.
137
При определении теплового сопротивления стенки следует учитывать тепловое сопротивление загрязнений:
Хх ~ Г1загр + х + Г2загр> (74)
где г1загр и г2загр — соответственно тепловые сопротивле ния загрязнений со стороны горячего и холодного тепло носителей ( Г,ягп = -222 V загР >
/1-загр
Коэффициенты теплоотдачи рассчитывают в зависи мости от условий теплообмена.
5. Определение поверхности теплообмена и основных размеров теплообменника.
Необходимую поверхность теплообмена определяют из следующих уравнений:
Q = kFAtcv, (75)
Поверхность теплообмена связана с конструктивными размерами аппарата. Для трубчатых теплообменников
F=ndl ■ п,м2, (77)
где d — диаметр труб, м; / — длина труб, м; п — число труб.
При использовании соотношения (77) поверхность теплообмена рассчитывают по внутреннему, наружному или среднему диаметру труб.
При расчете трубчатых теплообменников обычно зада ют диаметр труб, затем определяют число труб исходя из необходимых сечений для прохода теплоносителей и на конец по уравнению (77) находят требуемую длину труб. На рис. 2.8 приведено устройство поперечных перегоро док, тип которых учитывается при проведении расчета теплообменников.
138
Рис. 2.8. Устройство поперечных перегородок: / — сегментные перегородки; // — чередующиеся перегородки
Пример расчета теплообменных аппаратов
Рассчитать одноходовой кожухотрубный теплообменник
для подогрева воздуха нитрозными газами, если давление
газов составляет 6,5 атм, а давление воздуха равно 7 атм.
Нитрозные газы подаются в количестве G^ = 22 000 кг/ч
139
при температуре воздуха tlH = 800 °С. Количество воздуха G2 = 19 000 кг/ч, его начальная температура tlH = 20 °С, конечная /2к = 350 °С. Удельная теплоемкость воздуха с2 = = 1030 Дж/кг • К. Удельная теплоемкость газов с{ = = ИЗО Дж/кг • К. Теплообменник одноходовой. Трубы из хромистой стали 38 х 2,5 мм.
Решение
1. Определение тепловой нагрузки:
Q2 = G2c2(t2k - /2н) =
= 19000 1030 рад — 20) = 1 790 000 Вт. зьии
Определяем конечную температуру газов:
Gi = Qi = Q; Q = %i('ik - ^ih);
t =t - JL = 800 - 1 790 000 = c4n оГ
3600
2. Определение среднего температурного напора.
При противотоке 800-* 540 ^ = т 0Q; д% в 520 оС;
. ДГср= А%,А/М= 520,450 =485оС
Изменение температуры нитрозных газов:
A'i = 'ih ~ 'ik = 80° ~ 540 = 260 °с-Изменение температуры воздуха:
А/2 = t2K - t2vi = 350 - 20 = 330 °С. Средняя температура газов:
,ср1 = bslhs = §00 + 540 = 6?0 оС Средняя температура воздуха:
'сР2 = 'cpi - Чр = 670 - 485 = 185 °С.
140
3. Определение сечений для прохода теплоносителей.
По трубам пропускают нитрозные газы в соответствии с давлением. Принимаем их массовую скорость Wx = = 65 кг/м2 • с, тогда необходимое сечение труб
о = Gx 22 000 = 0 0о4 м2 ^ Wx 3600~65 °'094м-
Внутренний диаметр трубы:
dB = dH - 5 = 38 - 5 = 33 мм = 0,033 м.
Количество труб:
n=_S_ = 0,094 =по
SlTp 0,00085 '
где SlTp — сечение одной трубы;
51тр = ПА = 3,14-0,0332 = 0000855 М2.
Принимаем количество труб п = 121, тогда сечение труб
S^ = 121 • 0,000855 = 0,103 м2. Массовая скорость:
w = 22 000 = <-д л , 2 . с ^ 3600-0,103 59'3кг/м с-
При принятом количестве труб внутренний диаметр аппарата D = 600 мм. Определяем сечение межтрубного пространства:
*% = -4'(D2 ~ 4) = 3~f- -(0,62 - 121-0,0382) = 0Д46 м2. Массовая скорость воздуха:
Ж, = А. = 19 000 = 36 1 кг/м2 . с
SUTp 3600 0,146
141
4. Определение коэффициента теплопередачи.
/,_ 1
4.1. Определяем коэффициент теплоотдачи нитрозных газов ocj.
Константы нитрозных газов при 670 °С:
Re. = Е& = 59,3-0,033 = 48 700
**-i 0,403 • 10~4
Критерий Нуссельта для данного случая рассчитываем так:
Nux = 0,023 • ReJ-'-PrJ'4. Критерий Прандтля:
Рг - ^i-ci - 0,403 10"4-ИЗО _ п 7.
Fri " "ТГ " 0^065 " °'7'
Nut = 0,023 ■ 48 7000'8 • 0,70*4 = 112.
Из уравнения а{ = -у- Nuj находим коэффициент теп-
м лоотдачи нитрозных газов (^ — определяющий геометри ческий размер, /j = dB):
«i = j^g| 112 = 220 Вт/м2 • К.
0,065 0,033
4.2. Определяем коэффициент теплоотдачи воздуха а2:
а2 = -2 Nu2,
'2
где /2 — определяющий геометрический размер. 142
Средняя температура воздуха tcp2 — 185 °С. Константы воздуха при этой температуре:
Re = 2 экв •
^экв = —тг2 ~~ эквивалентный диаметр.
П — периметр межтрубного пространства:
П= %{D + ndH) = 3,14(0,6 + 121 • 0,038) = 16,3 м;
^экв = 4~^ = 0,036, тогда
Re2 = 36,1-0,036 = 54 200. 0,253 Ю"4
При движении теплоносителя в межтрубном про странстве кожухотрубных теплообменников в отсутствие поперечных перегородок
Nu2 = 1,16(</экв • Re2)0-6- Pr^'33;
Рг - ^2"с2 _ 0,253 ■ 10~4 ■ 1030 _ п 68.
РГ2 " ПСГ " 0^382 " °'68'
Nu2 - 1,16(0,036 • 54 200)0'6 • 0,68°>33 = 96.
Тогда а2 = ^^ 96 = 96,5 Вт/м2 • К.
4.3. Находим термическое сопротивление стенки:
2!
5 = 5
X X'
где 5 — толщина стенки трубы, 5 = 0,0025 м; X — тепло проводность хромистой стали, X — 17 Вт/м • К.
143
4.4. Определяем к:
к = _1_ _ = 66 Вт/м2 • К.
1 yi 0,0025 1 '
220 2j 17 96,5 5. Определение поверхности теплообмена:
F=_Q_ = imm=55jM2_
к ■ Atcn 66 ■ 485 Длина труб при расчете F по среднему диаметру:
dcp = ^l1^ = 38 + 33 = 35,5 мм = 0,0355 м;
F = ndcpl • п, откуда
/= _Л_ = 55J = 4 15 м
ndcpn 3,14 0,0355 121 ' "
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
О Перечислите основные аппараты очистки газовых выбросов.
© Каков порядок расчета циклонов?
Q Назовите порядок расчета пенного пылеулавливателя.
Q Каков порядок расчета скруббера Вентури?
@ Перечислите основные аппараты очистки сточных вод.
© Каков порядок расчета отстойника?
О Опишите порядок расчета фильтра для суспензий.
0 Расскажите о порядке расчета выпарного аппарата.
Q Каков порядок теплового расчета теплообменника?
Глава 3
МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
Термин «мониторинг» (от лат. monitor — надзи рающий) вошел в научный обиход в XX в. и означает сис тему повторяющихся целенаправленных наблюдений за одним или более элементами окружающей природной среды в пространстве и времени.
В последние десятилетия общество все шире исполь зует в своей деятельности сведения о состоянии природ ной среды. Эта информация нужна в повседневной жиз ни людей, при ведении хозяйства, в строительстве, при чрезвычайных обстоятельствах — для оповещения о над вигающихся опасных явлениях природы. Но изменения в состоянии окружающей среды происходят и под воз действием биосферных процессов, связанных с дея тельностью человека. Определение «вклада» антропо генных изменений представляет собой специфическую задачу.
Экологический мониторинг — это информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений сос тояния природной среды, созданная для выделения ант ропогенной составляющей этих изменений на фоне при родных процессов. На основании данных, полученных в результате экологического мониторинга, осуществляется выработка долгосрочных и оперативных управляющих ре шений в области охраны окружающей среды, рациональ ного природопользования, обеспечения экологической безопасности. Для достижения поставленных целей эко логический мониторинг решает следующие задачи:
6-5998
145
— согласованное методологическое и метрологическое
обеспечение ведения различных видов мониторинга при
родной среды.
3.1. Мониторинг как многоцелевая информационная
система
Система экологического мониторинга должна накап ливать, систематизировать и анализировать информацию:
Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и за источниками и факторами антропогенного воздей ствия.
Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды в РФ в 1995 г.» определяет экологиче ский мониторинг в РФ как комплекс выполняемых по научно обоснованным программам наблюдений, оценок, прогнозов и разрабатываемых на их основе рекомендаций и вариантов управленческих решений, необходимых и до статочных для обеспечения управления состоянием окру жающей природной среды и экологической безопасно стью.
В соответствии с приведенным определением и возло женными на систему функциями мониторинг включает три основных направления деятельности:
146
Следует принять во внимание, что сама система мони торинга не включает деятельность по управлению качест вом среды, но является источником информации, необ ходимой для принятия экологически значимых решений. Термин «контроль», нередко употребляемый в литературе для описания аналитического определения тех или иных параметров (например, контроль состава атмосферного воздуха, контроль качества воды водоемов), следует ис пользовать только в отношении деятельности, предпола гающей принятие активных регулирующих мер. «Толко вый словарь по охране природы» определяет экологиче ский контроль следующим образом: это деятельность государственных органов, предприятий и граждан по со блюдению экологических норм и правил. Различают госу дарственный, производственный и общественный эколо гический контроль.
В природоохранном законодательстве государственная служба мониторинга определена фактически как часть общей системы экологического контроля.
Наиболее универсальным подходом к определению структуры системы мониторинга антропогенных измене ний природной среды является его разделение на блоки (рис. 3.1).
Информационная система (мониторинг)
I
Управление
L
л
т
Наблюдения
V1
Прогноз состояния
Оценка I
фактического С—. состояния I
Оценка \ прогнозируемого
состояния
Регулирование качества среды
I S Прямая связь ► Обратная связь
Рис. 3.1. Блок-схема системы мониторинга
6*
147
Существуют различные подходы к классификации мо ниторинга (по характеру решаемых задач, по уровням ор ганизации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения). На рис. 3.2 приведена классификация, ох ватывающая весь блок экологического мониторинга, на блюдения за меняющейся абиотической составляющей биосферы и ответной реакцией экосистем на эти измене ния. Таким образом, экологический мониторинг включа ет как геофизические, так и биологические аспекты, что определяет широкий спектр методов и приемов исследо ваний, используемых при его осуществлении.
Сегодня сеть наблюдений за источниками воздействия и за состоянием биосферы охватывает уже весь земной шар. Глобальная система мониторинга окружающей сре ды (ГСМОС) была создана совместными усилиями миро вого сообщества (основные положения и цели программы были сформулированы в 1974 г. на Первом межправи тельственном совещании по мониторингу). Первоочеред ной задачей была признана организация мониторинга за грязнения окружающей природной среды и вызывающих его факторов воздействия.
|
Мониторинг источников воздействия |
Источники воздействия |
||
|
Мониторинг |
Факторы воздействия |
||
|
факторов воздействия |
Физические |
Биологические |
Химические |
|
Мониторинг |
Природные среды |
||
|
состояния биосферы |
Атмосфера |
Океан Поверхность Биота суши с реками и озерами, подземные воды и 1 |
|
|
Геофизический мониторинг |
Биологический мониторинг |
Рис. 3.2. Классификация экологического мониторинга 148
Система мониторинга реализуется на нескольких уров нях, которым соответствуют специально разработанные программы:
Программа импактного мониторинга может быть на правлена, например, на изучение сбросов или выбросов конкретного предприятия. Предметом регионального мо ниторинга, как следует из названия, является состояние окружающей среды в пределах того или иного региона. Наконец, фоновый мониторинг, осуществляемый в рам ках международной программы «Человек и биосфера», имеет целью зафиксировать фоновое состояние окружаю щей среды, что необходимо для дальнейших оценок уров ней антропогенного воздействия.
Программы наблюдений формируются по принципу выбора приоритетных (подлежащих первоочередному оп ределению) загрязняющих веществ и интегральных (отра жающих группу явлений, процессов или веществ) харак теристик. Классы приоритетности загрязняющих ве ществ, установленные экспертным путем и принятые в системе ГСМОС, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Классификация загрязняющих веществ по классам приоритетности, принятая в системе ГСМОС
|
Класс |
Загрязняющее вещество |
Среда |
Тип программы (уровень мониторинга) |
|
1 |
Диоксид серы, взвешен ные частицы |
Воздух |
И, Р, Ф |
|
Радионуклиды |
Пища |
И, Р |
149
Окончание табл. 1
|
Класс |
Загрязняющее вещество |
Среда |
Тип программы (уровень мониторинга) |
|
2 |
Озон |
Воздух |
И (тропосфера), Ф (стратосфера) |
|
Хлорорганические со единения и диоксины |
Биота, человек |
И, Р |
|
|
Кадмий |
Пища, вода, человек |
И |
|
|
3 |
Нитраты, нитриты |
Вода, пища |
И |
|
Оксиды азота |
Воздух |
И |
|
|
4 |
Ртуть |
Пища, вода |
И, Р |
|
Свинец |
Воздух, пища |
И |
|
|
Диоксид углерода |
Воздух |
Ф |
|
|
5 |
Оксид углерода |
Воздух |
И |
|
Углеводороды нефти |
Морская вода |
Р, Ф |
|
|
6 |
Фториды |
Пресная вода |
И |
|
7 |
Асбест |
Воздух |
И |
|
Мышьяк |
Питьевая сода |
И |
|
|
8 |
Микробиологические загрязнения |
Пища |
И, Р |
|
Реакционно-способные загрязнения |
Воздух |
и |
Определение приоритетов при организации систем мониторинга зависит от цели и задач конкретных про грамм: так, в территориальном масштабе приоритет госу дарственных систем мониторинга отдан городам, источ никам питьевой воды и местам нерестилищ рыб; в отно шении сред наблюдений первоочередного внимания заслуживают атмосферный воздух и вода пресных водое мов. Приоритетность ингредиентов определяется с учетом
150
критериев, отражающих токсические свойства загряз няющих веществ, объемы их поступления в окружающую среду, особенности их трансформации, частоту и величи ну воздействия на человека и биоту, возможность органи зации измерений и другие факторы.
3.2. Организация системы мониторинга
окружающей природной среды
в России
ГСМОС основывается на системах национального мо ниторинга, которые функционируют в различных госу дарствах согласно международным требованиям и специ фическим подходам, сложившимся исторически или обусловленным характером наиболее остро стоящих эко логических проблем. Международные требования, кото рым должны удовлетворять национальные системы — участницы ГСМОС, включают единые принципы разра ботки программ (с учетом приоритетных факторов воз действия), обязательность наблюдений за объектами, имеющими глобальную значимость, передачу информа ции в Центр ГСМОС.
Главный центр сбора и анализа информации
Региональные пункты наблюдений
На территории СССР в 1970-е годы на базе станций гидрометеослужбы была ор ганизована Общегосударст венная служба наблюдений и контроля состояния окружа ющей среды (ОГСНК), по строенная по иерархическо му принципу (рис. 3.3).
Первичные пункты наблюдений
Рис. 3.3. Поток информации
в иерархической системе
ОГСНК
В обработанном и систе матизированном виде инфор мация, полученная в рамках ОГСНК, была представлена в кадастровых изданиях, та ких как «Ежегодные данные
151
о составе и качестве поверхностных вод суши» (по гидро химическим и гидробиологическим показателям), «Еже годник состояния атмосферы в городах и промышленных центрах» и др. До конца 1980-х годов все кадастровые издания имели гриф «Для служебного пользования», за тем в течение трех-пяти лет были открытыми и доступ ными в центральных библиотеках. К настоящему вре мени сборники типа «Ежегодных данных...» в библиотеки практически не поступают. Некоторые материалы можно получить (приобрести) в региональных подразделениях Федеральной службы России по гидрометеорологии и мо ниторингу окружающей среды (Росгидромет).
Помимо ОГСНК, входящей в систему Росгидромета, экологический мониторинг осуществляется целым рядом государственных экологических служб.
Распределение функций мониторинга по различным ведомствам, не связанным между собой, приводит к дуб лированию усилий, снижает эффективность всей системы мониторинга и затрудняет доступ к необходимой инфор мации как для граждан, так и для государственных орга низаций. Поэтому в 1993 г. было принято решение о со здании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая должна была объединить возможности и усилия многочисленных служб для реше ния задач комплексного наблюдения, оценки и прогноза состояния среды в Российской Федерации.
3.2.1. Единая государственная система экологического мониторинга
В рамках Единой государственной системы экологиче ского мониторинга решаются следующие задачи:
152
т
Создание ЕГСЭМ осуществляется на основе террито риально-ведомственного принципа, Предусматривающего максимальное использование возможностей уже сущест вующих государственных и ведомственных систем мони торинга состояния окружающей природной среды, антро погенного воздействия, состояния биоты, экосистем, сре ды обитания человека.
С учетом установленного распределения функций между федеральными органами исполнительной власти, целей и задач экологического мониторинга в ЕГСЭМ осу ществляется сопряжение на единой методической и ин формационной основе базовых функциональных и специ альных подсистем мониторинга, а также систем обеспече ния ЕГСЭМ.
К базовым функциональным подсистемам относятся системы мониторинга:
— состояния атмосферы, поверхностных вод суши,
морской среды, почв (Росгидромет);
153
Указанные органы исполнительной власти, их терри ториальные подразделения осуществляют координацию деятельности соответствующих отраслевых, ведомствен ных и объектовых служб мониторинга, выполняющих ра боты в рамках указанных базовых функциональных под систем ЕГСЭМ, а также сбор и обобщение данных.
К базовым подсистемам относится мониторинг:
В ЕГСЭМ могут функционировать другие специаль ные системы мониторинга.
К системам обеспечения ЕГСЭМ относятся:
Конкретный механизм функционирования ЕГСЭМ оп ределяется Положением о Единой государственной систе ме экологического мониторинга, утвержденным Прави-
154
тельством Российской Федерации, в котором определяются компетенция, права и обязанности федеральных органов исполнительной власти, органов исполнительной власти субъектов РФ, предприятий и организаций, осуществ ляющих экологический мониторинг на основании спе циальной Государственной программы. ЕГСЭМ форми руется на трех основных организационных уровнях — федеральном, субъектов Российской Федерации, локаль ном (объектном).
Территориальные системы экологического мониторин га (ТСЭМ) организуются в субъектах РФ и являются ос новными системообразующими элементами ЕГСЭМ (тер риториальными подсистемами ЕГСЭМ). Как и ЕГСЭМ в целом, ТСЭМ формируются на основе базовых функци ональных и специальных подсистем при участии систем обеспечения соответствующего уровня. Кроме них на тер риториальном уровне функционируют локальные системы экологического мониторинга, формируемые предприя тиями и организациями, осуществляющими хозяйствен ную деятельность на территории субъекта РФ.
ТСЭМ строятся в субъектах РФ по унифицированным методологическим принципам с целью обеспечения со поставимости информации между отдельными подсис темами ЕГСЭМ и включают в себя как базовую сеть мо ниторинга федерального уровня, так и соответствующую сеть наблюдений за объектами, представляющими инте рес непосредственно для данного субъекта Российской Федерации.
ТСЭМ решает задачи ЕГСЭМ на уровне субъектов РФ с учетом:
155
Данные, получаемые всеми звеньями территориально го уровня ЕГСЭМ, собираются в специализированных центрах базовых функциональных и специальных под систем мониторинга. Функции основного системообра зующего центра ТСЭМ выполняет региональный инфор мационно-аналитический центр (РИАЦ) территориально го органа Минприроды, информационно связанный со всеми указанными центрами.
Для контроля функционирования объектов хозяйст венной деятельности организуются системы мониторинга источников воздействия на окружающую природную сре ду и зон их непосредственного влияния (импактный мо ниторинг). Предприятия и организации, осуществляю щие хозяйственную деятельность, оснащаются средствами контроля воздействий на окружающую среду, производи мых в процессе функционирования предприятия. Систе мы контроля воздействий создаются за счет средств субъ ектов хозяйственной деятельности, которые обеспечи вают их регламентное функционирование. Указанные системы контроля подлежат аттестации по правилам, ут верждаемым руководящими органами ЕГСЭМ.
Региональный уровень ЕГСЭМ формируется субъекта ми Российской Федерации для решения задач экологи ческого мониторинга, носящих региональный характер. При этом определяются подсистемы ЕГСЭМ, участвую щие в формировании региональной системы. Целесооб разность создания регионального уровня ЕГСЭМ опреде ляется:
156
Федеральный уровень ЕГСЭМ образован центральны ми органами федеральной исполнительной власти, подве домственными им научными и производственными орга низациями, осуществляющими функции информацион но-аналитических центров ЕГСЭМ. На федеральном уровне на ЕГСЭМ возложены функции:
Сбор, хранение и анализ обобщенной информации, поступающей от информационных звеньев функциональ ных подсистем мониторинга территориального уровня, а также от федеральных центров ведомственных специали зированных подсистем, осуществляется в информацион но-управляющих федеральных центрах функциональных подсистем. Организация взаимодействия информацион но-аналитических центров, обеспечение формирования банков данных ЕГСЭМ в целом осуществляются инфор мационно-аналитической системой Минприроды (ИАС). ИАС играет координирующую роль в обеспечении сопос-
157
тавимости информации, поступающей от всех звеньев ЕГСЭМ.
С целью обеспечения достоверности и сопоставимости данных в рамках ЕГСЭМ функционирует система обеспе чения качества данных (СОКД), реализуемая через феде ральные центры, координирующие деятельность соответ ствующих базовых функциональных и специальных под систем ЕГСЭМ. Основные задачи СОКД:
Помимо совокупности функциональных и специаль ных подсистем мониторинга, для полноты оценки состоя ния окружающей среды в рамках ЕГСЭМ на федераль ном уровне обеспечивается функционирование некоторых других подсистем мониторинга, как правило, не имею щих территориального уровня. К ним, в частности, отно сятся подсистемы мониторинга:
В случае необходимости в составе ЕГСЭМ исходя из требований экологической обстановки могут создаваться
158
и другие тематические системы экологического монито ринга.
ЕГСЭМ принимает участие в международных проек тах и программах по мониторингу окружающей среды, осуществляет информационное взаимодействие с этими системами, проводит работы по согласованию методоло гии и метрологическому обеспечению мониторинга.
Информация, получаемая на всех иерархических уров нях ЕГСЭМ, является приоритетной по отношению к ин формации, получаемой из других источников, при под готовке и принятии решений в области охраны окру жающей среды и экологической безопасности для всех органов государственного управления. Эта информация является государственной собственностью, право владе ния, пользования и распоряжения ею регламентируется соответствующими законами Российской Федерации.
3.2.2. Государственная служба наблюдения за состоянием природной среды
В 2000 г. Правительством Российской Федерации бы ло утверждено постановление о создании Государствен ной службы наблюдения за состоянием окружающей при родной среды (ГСН). Она организована для наблюдения за происходящими в окружающей природной среде физи ческими, химическими и биологическими процессами, уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов (в том числе по гидробиологическим показате лям) и за последствиями этого влияния на растительный и животный мир и для обеспечения заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной инфор мацией об изменениях в окружающей природной среде, предупреждениями и прогнозами ее состояния.
Наблюдения осуществляются Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружаю щей среды, Минприроды Российской Федерации при
159
участии других федеральных органов исполнительной власти и органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации через систему стационарных и под вижных пунктов наблюдений, в том числе постов, стан ций, лабораторий, центров, бюро, обсерваторий, располо женных в различных природно-климатических районах, городах, промышленных центрах и на водных объектах (включая водохранилища и каналы) с различной антропо генной нагрузкой, средств наблюдений авиакосмического и морского базирования (государственную и ведомствен ные наблюдательные сети). Основные задачи ГСН:
1) обеспечение проведения наблюдений за состоянием
окружающей природной среды, оценка происходящих в
ней изменений и прогнозирование таких опасных явле
ний и факторов, как:
160
видации чрезвычайных ситуаций, оперативной фактиче ской и прогностической информацией о состоянии окру жающей природной среды в целях обеспечения безопас ности населения и снижения ущерба экономике от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного ха рактера;
161
Для получения специализированной информации о состоянии окружающей природной среды органами ис полнительной власти субъектов Российской Федерации и органами местного самоуправления могут формироваться территориальные наблюдательные сети. Порядок и усло вия согласованного функционирования территориальных наблюдательных сетей в рамках Государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной сре ды определяются совместным решением органов испол нительной власти субъектов Российской Федерации и федеральных органов исполнительной власти в соответст вии с их компетенцией или органов местного самоуправ ления и федеральных органов исполнительной власти в соответствии с их компетенцией.
Территориальные органы Минприроды РФ совместно с территориальными органами Федеральной службы Рос сии по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды устанавливают и пересматривают перечень объек тов, владельцы которых должны осуществлять монито ринг атмосферного воздуха.
Финансирование деятельности Государственной служ бы наблюдения за состоянием окружающей природной среды осуществляется в пределах средств, предусматри ваемых в федеральном бюджете на соответствующий год Федеральной службе России по гидрометеорологии и мо ниторингу окружающей среды, другим федеральным ор ганам исполнительной власти, осуществляющим в соот ветствии с установленной им компетенцией мониторинг состояния окружающей природной среды, и в пределах установленных численности и фонда оплаты труда работ ников центральных аппаратов и их территориальных ор ганов.
3.3. Общие сведения о методах наблюдений
Для получения объективной информации о состоянии и уровне загрязнения объектов окружающей среды необ ходимо располагать надежными методами анализа. Эф-
фективность любого метода оценивается совокупностью показателей: селективностью и чувствительностью опре деления, воспроизводимостью получаемых результатов, экспрессностью выполнения анализа. Методы должны быть применимы в широком диапазоне концентраций за грязняющих веществ, включая их следовые количества в незагрязненных объектах фоновых районов.
В системе мониторинга проводят наблюдения с ис пользованием контактных и дистанционных методов. Контактные наблюдения подразумевают непосредственный контакт с изучаемым объектом окружающей среды: взя тие пробы оператором, ее подачу на пробоподготовку или в измерительный прибор либо перемещение измеритель ного прибора в изучаемой среде (не требуется взятие про бы оператором). Дистанционные наблюдения подразуме вают наблюдения за удаленными от места проведения из мерений объектами.
3.3.1. Контактные методы наблюдений
В настоящее время определение содержания загряз няющих веществ в объектах окружающей среды осу ществляется различными методами, которые можно раз делить на три большие группы: электрохимические, опти ческие и хроматографические.
Электрохимические методы включают в основном кон-дуктометрию, кулонометрию, полярографию.
Кондуктометрический метод анализа основан на реги страции изменений электропроводности раствора, возни кающих в результате поглощения газовой смеси. Этот ме тод не требует применения сложной аппаратуры, приборы обладают высокой чувствительностью, быстродействием и компактностью. Недостатком метода является его неселек тивность: все растворяющиеся в реактиве с образованием ионов газы сильно влияют на электропроводность элект ролита. Кондуктометрические анализаторы используют, например, в мониторинге атмосферного воздуха.
Кулонометртеский метод состоит в непрерывном ав томатическом титровании вещества реагентом, электро химически генерируемым на одном из электродов в реак ционной среде. Количество электричества, затраченного на генерацию титрующего агента, служит мерой содержа ния определяемого вещества в реакционной среде. Коли чество электричества определяется как произведение из меряемого тока на время генерации до точки эквивалент ности.
Кулонометрический метод анализа обладает высокой чувствительностью и широким динамическим диапа зоном. К недостаткам кулонометрических приборов мож но отнести низкую селективность и необходимость пери одической смены электролита. Примером таких приборов являются газоанализаторы ГКП-1 и «Атмосфера-1», слу жащие для определения S02, H2S, 03, Cl2 на уровне ПДК и ниже.
Полярографический метод основан на восстановлении анализируемого соединения на ртутном электроде; его применяют, как правило, при анализе следовых коли честв веществ. Полярографы ППТ-1, ПУ-1, ПЛ-2, ПА-3, ПО-5122 используют для определения концентраций ор ганических и неорганических соединений с минималь ным содержанием в пробе от 0,05 до 1 мкг/мл.
Оптические методы анализа включают в себя абсорб ционные и эмиссионные методы.
Абсорбционные методы основаны на способности ве ществ избирательно поглощать лучистую энергию Солнца в характерных участках спектрального диапазона и, в свою очередь, подразделяются на недисперсионные и дисперси онные. Недисперсионные методы основаны на выделении нужной спектральной области без разложения излучения в спектр, а дисперсионные — на выделении нужной спект ральной области путем разложения излучения в спектр.
Фотоколориметрический метод основан на измерении интенсивности окраски цветных соединений, образую щихся при взаимодействии определяемого компонента со вспомогательным реагентом. Метод обладает высокой
чувствительностью и хорошей селективностью, к его не достаткам можно отнести невысокую точность и большую погрешность измерения.
Фотоколориметры марок ФЭК-М, ФЭК-Н-5, ФК-110 и другие используют для определения содержания в рас творах органических и неорганических соединений. Чув ствительность определения зависит от природы вещества и составляет от 0,04 до 20 мкг/мл пробы.
Спектрофотометрические методы основаны на тех же принципах, что и фотоколориметрические, но в спектро фотометрах используют поглощение монохроматического света. Для анализа жидких сред применяют спектрофото метры марок СФ-4, СФД-2, СФ-2М, СФ9, СФ-10, СФ-14, СФ-19, С-605 и др. Чувствительность определе ния органических и неорганических соединений находит ся на уровне 0,08—20 мкг/мл пробы.
Для определения количества веществ, находящихся в растворах во взвешенном состоянии, используют турбидиметрический метод, основанный на измерении интенсивности света, прошедшего через контролируе мый раствор пробы. Если измеряется не прошедший через суспензию свет, а рассеянный, то такой метод анализа называют нефелометрическим. Он особенно чувствителен при анализе сильно разбавленных сус пензий.
Еще одним абсорбционным аналитическим методом является оптико-акустический — весьма перспективный метод определения многочисленных органических загряз няющих веществ, поскольку они способны поглощать ИК-излучение, моделированное звуковой частотой. В ре зультате такого поглощения молекулы органических за грязнителей начинают испускать звук на частоте модуля ции; механизм испускания состоит в том, что газ в рабо чей кювете разогревается под действием инфракрасного излучения и его давление начинает колебаться с частотой модуляции (звука). Измеряя интенсивность этого звука, удается измерить и концентрацию вещества, поглотивше го ИК-излучение. Зная частоту последнего, можно уста-
165
новить тип вещества. Оптико-акустический метод ис пользуют в газоанализаторах ГИАМ-1, ИКРП-450У. Таким методом определяют содержание в пробах органических веществ. Он характеризуется высокой избирательностью и чувствительностью для сильно флуоресцирующих ве ществ и может быть использован в качестве метода дис танционных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.
Эмиссионные методы основаны на измерении интен сивности излучения анализируемой газовой смеси. Ис следуемые молекулы приводят в состояние оптического возбуждения, а затем регистрируют интенсивность люми несценции или флуоресценции — испускания возбужден ными молекулами квантов света при возвращении в ос новное состояние.
При люминесценции возбуждение осуществляют при нормальной температуре в результате химических реак ций (хемилюминесценция), протекания электрического тока (электролюминесценция) или поглощения световой энергии (флуоресценция). Последний метод характеризует ся высокой избирательностью и чувствительностью для сильно флуоресцирующих веществ и может быть исполь зован в качестве метода дистанционных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.
Хроматографические методы относят к гибридным, или комбинированным, так как они основаны на комби нировании как минимум двух разнородных принципов: предварительного разделения смеси веществ и последую щего детектирования каждого из веществ по очереди. Чем четче производится разделение компонентов смеси, тем более мягкие требования предъявляют к селективности детектора. Все известные детекторы делят на универсаль ные (абсолютно неселективные) и селективные, причем степень селективности может быть разной.
Масс-спектрометрический метод заключается в иони зации газообразной пробы электронной бомбардировкой, после чего образующиеся ионы подвергаются воздейст вию магнитного поля. В зависимости от массы и заряда
166
ионы в поле отклоняются с различной скоростью и соот ветствующим образом разделяются. Достоинствами мето да являются малый объем пробы и высокая избиратель ность. К недостаткам можно отнести дороговизну. Метод применяют для определения диоксинов, полихлорирован-ных бифенилов и др.
Газохроматографический метод основан на селектив ном разделении соединений между двумя несмешиваю-щимися фазами, одна из которых неподвижна (жидкость, твердое тело), а другая подвижна (инертный газ-носи тель). Метод позволяет определять ничтожно малые коли чества веществ, не обладающих специфическими реак циями, анализировать смеси из десятков и сотен компо нентов с близкими свойствами. Для проведения анализа используют хроматографы ЛМ-8МД5, ЛХМ-80, «Газо-хром-1109», «Газохром-3101», «Цвет» (модели 101—110), «Сигма-1» и др. Недостатком метода является то, что для придания летучести примесям необходимо использовать повышенные (до 350 °С) температуры.
Когда летучесть веществ мала, а полярность велика, применяют методы жидкостной и высокоэффективной жидкостной хроматографии, которую можно использо вать даже для разделения неорганических веществ и ве ществ с крайне низким парциальным давлением собст венных паров. В отличие от газовой хроматографии ана лиз проводят при комнатной температуре.
3.3.2. Дистанционные методы наблюдений
Наблюдения за природными объектами с помощью различного типа летательных аппаратов (самолетов, вер толетов, воздушных шаров, аэростатов, дирижаблей, спутников Земли) относятся к области аэрокосмическо го мониторинга. Чем большую высоту набирает лета тельный аппарат, несущий средства наблюдений, тем большими становятся угол и площадь обзора. Аэрокос мические наблюдения могут быть контактными и дис-
167
танционными (последние шире используют в практике наблюдений).
Дистанционные методы наблюдений основаны на взаимодействии излучения с веществом. Если источник излучения естественный (Солнце, Луна, звезды), то изме рения называются пассивными. В этом случае нет возмож ности воздействовать на изучаемый объект с помощью обратной связи. Пассивные дистанционные измерения незаменимы на основных трассах (определение 03 с по мощью озонометров, определение N20). Возможно также их применение при измерениях в надир (вертикально вниз с летящих спутников, самолетов, аэростатов) или лимбовых измерениях, когда атмосфера просматривается в лучах заходящего солнца на трассе, направленной под углом к горизонту.
Пассивные дистанционные методы (например, с ис пользованием спутников) применяют в глобальном и ре гиональном мониторинге. В Российской Федерации это метод многозональной видеоинформации (фотографиро вание со спутников в различных диапазонах спектра), в США — многоспектральные сканирующие системы MSS. Самый маленький хорошо просматриваемый объект на поверхности Земли при использовании этих систем имеет размер 57 х 79 м.
Активные дистанционные методы подразумевают ис пользование искусственных источников излучения, на пример лазеров. Возможности этих методов шире за счет возможности изменения параметров источников излуче ния (интенсивности и частоты), что помогает решать большее число задач, чем в пассивном мониторинге, однако длина трассы измерений в активном варианте намного меньше, так как интенсивность излучения от искусственных источников ослабляется с расстоянием экспоненциально.
Дистанционные методы наблюдений позволяют отсле живать состояние земной поверхности, водоемов и во дотоков, а также контролировать загрязнение атмосфе ры такими веществами, как СО, СН4, оксиды азота и т. д.
168
3.3.3. Биологические методы наблюдений
Составной частью экологического мониторинга явля ется мониторинг биологический, т. е. система наблю дений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных антропогенными факторами. Задача такого мониторинга — обнаружение, идентификация и опреде ление концентраций загрязняющих веществ в биоте с ис пользованием индикаторных организмов. Химические и физико-химические методы анализа не в состоянии охва тить все многообразие загрязняющих веществ, которые претерпевают в окружающей среде сложные трансфор мации, образуя подчас более токсичные соединения. Количественный анализ какой-либо примеси сам по се бе не дает ответа на вопрос о ее биологической опаснос ти. Поэтому необходимы методы интегральной оценки качества среды, такие как биотестирование и биоинди кация.
Биотестирование — прием исследования, в котором о качестве среды, факторах, действующих самостоятельно или в сочетаниях, судят по выживаемости и поведению специально помещенных в эту среду организмов — тест-объектов.
Биоиндикация — очень близкий к биотестированию прием, использующий организмы, обитающие в иссле дуемой среде, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания.
К тест-объектам и биоиндикаторам предъявляют опре деленные требования:
169
Биотестирование и биоиндикацию можно осуществ лять на уровне молекулы, клетки, органа (или систем ор ганов), организма, популяции и даже биоценоза. Но не обходимо учитывать, что с повышением уровня организа ции биологических систем возрастает и их сложность, неоднозначность их взаимосвязи с факторами среды.
Загрязнение воздушного бассейна и почвенного по крова оценивают биологическими методами по состо янию наземной растительности. При повышенных уров нях загрязнения отмечается угнетение растительного по крова, исчезновение отдельных видов и т. п. О качестве почвы можно также судить по активности и распростра нению в ней почвенных организмов.
Загрязнение водных объектов оценивают по совокуп ности данных о состоянии зоо- и фитопланктона, зообен-тоса, перифитона и др.
Оценку степени загрязнения окружающей среды по результатам биотестирования или биоиндикации, как пра вило, проводят по шкале, имеющей три степени градации: «Сильное загрязнение», «Среднее загрязнение» и «Слабое загрязнение». Однако воды суши в зависимости от их гидробиологических показателей в соответствии с приня тым в системе Росгидромета классификатором делят на шесть классов: очень чистые, чистые, умеренно загряз ненные, загрязненные, грязные и очень грязные.
3.4. Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха
Воздушная среда является наиболее подвижной из всех природных сред, именно поэтому загрязняющие ве щества в ней быстро распространяются на большие рас стояния. По этой же причине те вещества, которые спо собны существовать в атмосфере в течение длительного времени без изменения, распространены повсеместно на нашей планете, называются глобальными загрязняющими веществами. Роль атмосферного воздуха в формировании
170
планетарных процессов так велика, что он стал первым объектом систематических наблюдений, проводимых пос ле Стокгольмской конференции по окружающей среде (1972 г.) в рамках ГСМОС.
3.4.1. Организация сети наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха
Правила организации наблюдений за уровнем загряз нения атмосферы в городах и населенных пунктах регла ментируются требованиями ГОСТ 17.2.3.01—86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов». Наблюдения за загрязнением ат мосферы осуществляют на специальных постах. Постом является выбранная точка местности, на которой разме щают павильон или автомобиль, оборудованные соответ ствующими приборами.
При проведении мониторинга устанавливают три кате гории постов наблюдений: стационарный, маршрутный и передвижной (подфакельный). Стационарный пост пред назначен для обеспечения непрерывной регистрации со держания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стаци онарных постов выделяют опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных и наиболее распростра ненных загрязняющих веществ. Маршрутный пост пред назначен для регулярного отбора проб воздуха в фикси рованной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижного оборудования. Пе редвижной пост предназначен для отбора проб под дымо вым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника.
Каждый пост независимо от категории размещают на открытой проветриваемой со всех сторон площадке с непылящим покрытием: асфальте, твердом грунте, газо не — таким образом, чтобы были исключены искажения
171
результатов измерений из-за наличия зеленых насажде ний, зданий и т. д.
Стационарный и маршрутный посты размещают в местах, выбранных на основе предварительного исследо вания загрязнения воздушной среды города промышлен ными и бытовыми выбросами, выбросами автотранспорта и условий рассеивания. Эти посты размещают в цент ральной части населенного пункта, жилых районах с раз личным типом застройки, зонах отдыха, на территориях, примыкающих к магистралям интенсивного движения транспорта. Места отбора проб при передвижных (подфа-кельных) наблюдениях выбирают на разных расстояниях от конкретного источника выброса с учетом закономер ностей распространения загрязняющих веществ в атмос фере.
Число постов и их размещение определяют с учетом численности населения, площади населенного пункта и рельефа местности, развития промышленности и сети ма гистралей, рассредоточенности мест отдыха и курортных зон. Число стационарных постов устанавливают следую щим образом (не менее): 1 пост — до 50 тыс. жителей, 2 поста — 100 тыс. жителей, 2—3 поста — 100—200 тыс. жителей, 3—5 постов — 200—500 тыс. жителей, 5—10 пос тов — более 500 тыс. жителей, 10—20 постов (стационар ных и маршрутных) — более 1 млн жителей.
В населенных пунктах устанавливают один стационар ный или маршрутный пост через каждые 0,5—5 км с уче том сложности рельефа и наличия источников загряз нения.
Наблюдения на постах проводят по одной из четырех программ: полной, неполной, сокращенной, суточной.
Полная программа предназначена для получения ин формации о разовых и среднесуточных концентрациях. Наблюдения по полной программе выполняют ежедневно путем регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки времени не ме нее четырех раз с обязательным отбором в 1, 7, 13, 19 ч
172
по местному времени. Допускается проводить наблюде ния по скользящему графику: в 7, 10, 13 ч — во вторник, четверг, субботу; в 16, 19, 22 ч — в понедельник, среду, пятницу.
Наблюдения по неполной программе разрешается про водить с целью получения информации о разовых кон центрациях ежедневно в7, 13, 19ч по местному времени.
По сокращенной программе наблюдения проводят с це лью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7 и 13 ч по местному времени. Наблюдения по этой программе допускается проводить при температу ре воздуха ниже —45 °С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 разовой ПДК или меньше ниж него предела диапазона измерений примеси используе мым методом.
Суточная программа отбора проб предназначена для получения информации о среднесуточной концентрации. Наблюдения по этой программе проводят путем непре рывного суточного отбора проб (в 1, 7, 13, 19 ч).
Одновременно с отбором проб воздуха определяют направление и скорость ветра, температуру воздуха, со стояние погоды и подстилающей поверхности. В период неблагоприятных метеорологических условий (штиль, температурная инверсия) и значительного возрастания концентраций загрязняющих веществ наблюдения прово дят каждые три часа.
3.4.2. Выбор места контроля загрязнения и его источника
Место для первичной оценки или отбора пробы выби рают в соответствии с целями анализа и на основании внимательного изучения всей имеющейся предвари тельной информации, а также натурного исследования местности или контролируемого объекта, причем должны учитываться все обстоятельства, которые могли бы ока-
173
зать влияние на состав взятой пробы или результат пер вичной оценки наличия и уровня загрязнения (воздейст вия). В зависимости от вида анализируемой среды данная процедура имеет некоторые особенности.
Поиск и выбор места отбора, а также первичной оцен ки проб воздуха (как и в отношении других сред) прово дят в предполагаемых зонах максимального загрязнения окружающей природной среды (например, в факеле вы броса и в зонах его возможного прохождения на расстоя нии до объекта от сотен метров до нескольких километ ров, обычно на высоте до 1,5 м от поверхности земли) или непосредственно вблизи нахождения людей и других биообъектов, для которых данный выброс может оказать ся вредным или опасным.
В рабочей зоне пробы воздуха следует отбирать в мес тах постоянного или максимально длительного пребыва ния людей, при характерных производственных условиях с учетом особенностей технологического процесса, уров ня, физико-химических свойств, а также класса опаснос ти и биологического действия вьщеляющихся химических загрязняющих веществ или физических факторов воздей ствия, температуры и влажности окружающей среды.
Места для отбора пробы воздуха в рабочей зоне выби рают с учетом технологических операций, при которых возможно наибольшее выделение в воздух рабочей зоны вредных веществ, например:
174
Часто учитывают свойства веществ и класс опасности, устанавливая следующую периодичность отбора и анализа проб:
В операцию поиска источника или места пробоотбора часто включают задачу идентификации характера воздей ствия или загрязняющего вещества (ЗВ) — установление его природы, расшифровку состава основных компонен тов смеси. Если отсутствуют технические возможности или нет необходимости в идентификации, ее заменяют более простой задачей — обнаружением, т. е. подтвержде нием факта наличия загрязняющего вещества в среде. В случае обнаружения вредного физического фактора (ФФ) целесообразно сразу проводить количественное измере ние его уровня.
Это следует делать максимально экспрессно, т. е. за минимальный промежуток времени, сопоставимо по вре мени с пробоотбором. От быстроты первичной оценки при обнаружении источника загрязнения или воздействия вредного ФФ зависит не только длительность (а значит, и экономичность) процедур контроля, но часто и безопас ность персонала, их проводящего (в случае анализа су-перэкотоксикантов, радиации и других особо вредных хи мических веществ и факторов, а также при обследовании особо опасных производственных и иных объектов). Ха рактер работы технического средства контроля в режиме обнаружения по возможности должен быть следящим (непрерывным или хотя бы периодическим, но с мини мальным временем паузы между повторяющимся циклом анализа).
Применяемые методы и технические средства контро ля должны быть способны обнаруживать ЗВ или ФФ мак симально специфично, т. е. избирательно по отноше нию к искомому ЗВ или ФФ на фоне мешающих приме сей или других имеющихся факторов. В случае решения
175
задачи идентификации главной характеристикой техни ческого средства становится его селективность (даже в ущерб чувствительности), т. е. способность одновременно (или последовательно) различать в анализируемой среде несколько даже похожих по свойствам веществ (факто ров).
Еще одной значимой характеристикой технического средства является его чувствительность, т. е. способность фиксировать минимально возможные концентрации за грязняющих веществ или уровни физического фактора, что наряду с экспрессностью и специфичностью входит в классическую триаду важнейших характеристик средства контроля.
Если при проведении процедуры обнаружения сигнал о наличии ЗВ или ФФ отсутствует, необходимо как мож но раньше (в целях безопасности и экономии времени) принять решение об осуществлении контроля в другом месте по тому же показателю (или перестройке средства — замене индикаторного элемента на иное вещество или фактор).
При неавтоматизированном режиме обнаружения ис пользуют портативные средства экспрессного контроля. Для воздуха это индикаторные трубки, экспресс-тесты на основе индикаторных бумажек или пленок, другие инди каторные элементы.
Для автоматического обнаружения обычно применяют малогабаритные сенсоры и другие чувствительные элемен ты — устройства, обладающие свойствами быстродействую щего первичного преобразования контролируемого пара метра окружающей среды в аналитический сигнал (изме нение окраски, перепад электрического тока, напряжения или другого фиксируемого показателя), т. е. являющиеся сигнализаторами. После обнаружения (или идентифика ции) загрязняющего вещества (средства) выдается инфор мация, необходимая для принятия решения о проведении следующей операции — пробоотбора.
176
3.4.3. Виды проб
Отбор проб — важнейшая часть аналитической проце дуры при осуществлении контроля качества окружающей среды контактными методами наблюдений. Погрешность пробоотбора, как правило, значительно превышает по грешность подготовки проб, а последняя, в свою очередь, больше погрешности метода анализа. Именно поэтому правильно отобранная проба — залог получения досто верного результата.
Правильно отобрать пробу — значит получить пробу представительную, репрезентативную (от англ. represen tative — представительный, показательный). Предста вительная проба статистически правильно отражает со стояние объекта анализа и его количественный и каче ственный состав в данное время в данном месте, содержит достаточное количество вещества для анализа, обеспечивает условия сохранности вещественного со става среды в течение всего времени до получения ре зультата анализа.
Пробы бывают простые (единичные) и смешанные. Взятие простой пробы подразумевает однократный отбор в одной точке пространства всего объема материала, не обходимого для проведения анализа. В большинстве слу чаев единичной пробы недостаточно для получения объ ективной информации о состоянии окружающей среды вследствие изменчивости ее характеристик в пространстве и времени.
Смешанную пробу (усредненную, объединенную, со ставную) получают путем объединения нескольких прос тых проб, взятых по определенной программе в разных точках пространства в один и тот же момент времени или отобранных в одной точке пространства через определен ные интервалы времени. Смешанная проба может быть средневзвешенной — ее получают смешиванием простых проб одинакового объема (массы) — и среднепропорци-ональной — при этом объем (масса) простых проб может
7-5998
177
быть различным, что определяется параметрами объекта исследования.
При отборе простых или смешанных проб загрязняю щее вещество может быть сконцентрировано (пробоот-бор с концентрированием), что является весьма нема ловажным при контроле высокотоксичных примесей, содержащихся в объектах окружающей среды в незна чительных количествах (диоксины, полихлорированные бифенилы). Если же концентрация загрязняющего ве щества велика (например, в воздухе рабочей зоны или в створе сброса сточных вод), проводят пробоотбор без концентрирования.
В пробах, взятых с предварительным концентрирова нием загрязняющего вещества, химический состав иссле дуемой примеси может оставаться неизменным (если при отборе применяют метод абсорбции или адсорбции) или намеренно изменяться (при использовании методов хемо-сорбции); таким образом повышается сохранность пробы во времени.
При отборе проб без предварительного концентриро вания необходимо проводить их стабилизацию (консерва цию).
3.4.4. Отбор проб воздуха
Химический анализ воздуха чаще всего начинают с от бора и подготовки пробы к анализу. Все стадии анализа связаны между собой. Так, тщательно измеренный анали тический сигнал не дает правильной информации о со держании определяемого компонента, если неправильно осуществлен отбор или неверно проведена подготовка пробы к анализу. В большинстве случаев именно отбор и подготовка пробы к химическому анализу определяют надежность и качество получаемых результатов, а также трудоемкость и длительность аналитического цикла.
Погрешность при отборе пробы и ее подготовке часто становится причиной общей ошибки определения ком-
178
понента и делает бессмысленным использование высоко точных методов. В свою очередь, отбор и подготовка про бы зависят не только от природы анализируемого объек та, но и от способа измерения аналитического сигнала. Приемы и порядок отбора пробы настолько важны при проведении химического анализа, что обычно предписы ваются государственным стандартом.
Отобранная проба должна быть представительной, т. е. статистически правильно отражать состояние объекта ок ружающей среды, из которого она взята.
Универсального способа пробоотбора, позволяюще го одновременно улавливать из воздуха все загрязняю щие вещества, не существует. Выбор адекватного спо соба отбора определяется прежде всего агрегатным со стоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.
В воздухе загрязняющие компоненты могут присутс твовать в виде газов (NO, N02, CO, S02), паров (преиму щественно органических веществ с температурой кипения до 230—250 °С), аэрозолей (туман, дым, пыль). Иногда вещества могут находиться в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей. Это преимущественно жидкости с высокой температурой кипения (дибутилфталат, капро-лактам и др.). Попадая в воздух, их пары конденсиру ются с образованием аэрозоля конденсации. Аэрозоли конденсации образуются также при некоторых химиче ских реакциях, приводящих к появлению новых жидких или твердых фаз. Например, при взаимодействии три-оксида серы с влагой образуется туман серной кислоты; аммиак и хлороводород образуют дым хлорида аммо ния.
Правильное установление агрегатного состояния вред ного вещества в воздухе способствует правильному вы бору фильтров и сорбентов и уменьшению погрешности определения, связанной с пробоотбором. Для предва рительной оценки агрегатного состояния примесей в воз духе необходимо располагать сведениями об их летучее-
7*
179
ти — максимальной концентрации паров, выраженной в единицах массы на объем воздуха при данной темпера туре. Летучесть L (в мг/л) рассчитывают по формуле
L = 16 • Р • М/(273 + О,
где Р — давление насыщенного пара при данной темпера туре, мм рт. ст.; М — молекулярная масса вещества; / — температура, °С.
При классификации вредных веществ по их агре гатным состояниям в воздухе необходимо учитывать (помимо летучести) их предельно допустимые кон центрации. Например, ртуть по сравнению с бутилацета-том можно считать малолетучей жидкостью; летучесть этих веществ при 20 °С составляет соответственно 15 000 и 20 000 мг/м3. Однако в связи с большой разницей ПДК ртути и бутилацетата (0,01 и 200 мг/м3 соответственно) максимальное содержание в воздухе малолетучей ртути при 20 °С может превышать санитарную норму в 1500 раз, а содержание паров бутилового спирта — только в 250 раз. Поэтому агрегатное состояние рекомендуется оценивать отношением летучести вещества при 20 °С к его ПДК. Если относительная летучесть вещества (напри мер, серной кислоты) ниже ПДК в 10 раз и более, то на личием паров можно пренебречь. В этом случае опреде ляют лишь содержание в воздухе аэрозоля. При значи тельном превышении ПДК (в 50 раз и более) определяют только пары (например, нафталина). К парам и аэрозо лям следует относить вещества, летучесть которых при 20 °С составляет от 10 до 50 ПДК.
При проведении санитарно-химических исследований на производстве пробы отбирают преимущественно аспи-рационным способом путем пропускания исследуемого воздуха через поглотительную систему. Минимальная концентрация вещества, поддающаяся четкому и надеж ному определению, зависит от количества отбираемого воздуха.
Многообразие вредных веществ и агрегатных состоя ний в воздухе обусловливает использование различных
180
поглотительных систем, обеспечивающих эффективное поглощение микропримесей.
Отбор проб в жидкие среды
Отбор парогазовых веществ в жидкие поглотительные среды — наиболее распространенный способ. Анализи руемые вещества растворяются или вступают в химиче ское взаимодействие с поглотительной средой (хемосорб-ция), которая обеспечивает полноту поглощения за счет образования нелетучих соединений. При этом упрощается подготовка пробы к анализу, который обычно проводят в жидкой фазе.
Отбор проб в растворы осуществляют аспирацией ис следуемого воздуха через поглотительный сосуд с каким-либо растворителем (органические растворители, кисло ты, спирты, вода, смешанные растворы). Скорость про пускания воздуха может меняться в широких пределах — от 0,1 до 100 л/мин.
Полнота поглощения зависит от многих факторов, в том числе от конструкции поглотительных сосудов. На ибольшее распространение получили абсорберы со стек лянными пористыми пластинками, поглотительные сосу ды Рыхтера, Зайцева, Яворовского.
Для физической адсорбции важно, чтобы поверхность соприкосновения фаз была наибольшей. В поглотителях с пористой пластинкой этот эффект достигается за счет уменьшения пузырьков воздуха при прохождении его че рез пористый фильтр, вследствие чего увеличивается по верхность контакта воздуха с раствором, а скорость аспи рации может быть повышена до 3 л/мин.
Увеличение поверхности контакта может быть достиг нуто также в результате увеличения длины пути прохож дения пузырьков воздуха через раствор. Так, в поглоти тельных сосудах Зайцева высота столба растворителя со ставляет около 10 см. Однако предельная скорость аспирации не превышает 0,5—0,6 л/мин.
181
При отборе проб в поглотительные сосуды Рыхтера, в которых используют эффект эжекции, скорость аспира ции воздуха может достигать 100 л/мин.
Более эффективным является поглощение, основан ное на химических реакциях исследуемых веществ с по глотительной жидкостью. Например, для поглощения ам миака и аминов применяют разбавленную серную кисло ту, для поглощения фенола — раствор щелочи.
Для проверки эффективности работы поглотительного сосуда к нему присоединяют последовательно еще один или два поглотителя. Пробу воздуха с известным содер жанием вредного вещества пропускают через все абсорбе ры и затем поглотительные растворы из каждого сосуда анализируют.
«Проскок» вредных веществ К (в %) вычисляют по формуле
К=А2/(Аг + А2) • 100,
где А2 — масса вещества во втором абсорбере, мкг; А1 — масса вещества в первом абсорбере, мкг.
Эффективность поглощения Э (в %) вычисляют по формуле
Э = 100 - К.
Эффективность поглощения считают достаточной, ес ли в первом сосуде абсорбировалось около 95% исследуе мого вещества.
Достоинствами отбора проб в жидкие среды являются селективность (можно подобрать поглотительный раствор для широкого круга загрязняющих веществ), простота, экономичность. К недостаткам следует отнести невысо кую степень концентрирования (используют для отбора проб воздуха при высоких концентрациях загрязнителей); невозможность получения представительной пробы при одновременном наличии в воздухе паров и аэрозолей загрязняющих веществ; необходимость отбирать пробы большого объема.
Отбор проб на твердые сорбенты
Гранулированные сорбенты для отбора паров химиче ских веществ из воздуха начали применять в конце 60-х
182
годов прошлого века в связи с широким развитием газо вой хроматографии.
Способ отбора проб воздуха в жидкости для газохро-матографического анализа в большинстве случаев непри емлем, так как не позволяет проводить концентрирование веществ из большого объема воздуха вследствие улетучи вания растворителей и связанных с этим потерь анализи руемых веществ.
Применение твердых сорбентов дает возможность уве личить скорость пропускания воздуха (по сравнению с пропусканием через жидкость) и за короткое время нако пить исследуемое вещество в количестве, достаточном для его определения. Твердые сорбенты позволяют также осуществлять избирательную сорбцию одних веществ в присутствии других; кроме того, они удобны как в работе, так и при транспортировке и хранении отобранных проб. Пробы, отобранные на твердые сорбенты, обладают вы сокой сохранностью. Этот метод пробоотбора характери зуется высоким коэффициентом концентрирования.
Твердые сорбенты, применяемые для отбора проб воз духа, должны обладать механической прочностью, иметь небольшое сродство с водяными парами (т. е. плохо сор бировать их), легко активироваться, иметь максимальную сорбционную способность по отношению к анализируе мым веществам, а при анализе — легко десорбировать по глощенное вещество, иметь однородную структуру по верхности.
Для анализа воздуха применяют три группы сорбен тов, однако ни один из них не является универсальным. Первая группа — гидрофильные неорганические материалы типа силикагелей и молекулярных сит. Вторая группа — гидрофильные неорганические материалы — активиро ванные угли. К третьей группе относят синтетические макропористые органические материалы с высокой сте пенью гидрофобности и небольшой удельной поверхно стью — пористые полимеры.
Силикагели (Si02 • nH20) представляют собой гидро фильные сорбенты с высокоразвитой капиллярной струк-
183
турой геля. Адсорбционная способность силикагелей обусловлена наличием на их поверхности групп Si—ОН, способных к образованию водородных связей с молекула ми сорбата. Силикагели избирательно поглощают приме си полярных соединений, таких как амины, спирты, фе нол, альдегиды и аминоспирты. Однако эти адсорбенты применяют в практике анализа загрязнений реже, чем активированный уголь и полимерные сорбенты. Это обусловлено гидрофильностью силикагелей, которая при водит к значительному снижению сорбционной емкости ловушек.
Активированный уголь является неполярным сорбен том с сильно развитой пористой структурой. Удельная поверхность активированного угля достигает 1000 м2/г. Он способен прочно удерживать большинство органиче ских соединений и некоторые неорганические газы при обычной температуре. Воздух пропускает со скоростью 0,1—1,0 л/мин. Эффективность улавливания составляет 80—100%, а адсорбционная емкость сорбента может до стигать сотен миллиграммов. Активированный уголь из бирательно поглощает углеводороды и их производные, ароматические соединения, слабее — низшие алифати ческие спирты, карбоновые кислоты, сложные эфиры. Сконцентрированные на активированном угле примеси удерживаются очень прочно, и десорбировать их при на гревании практически невозможно. Для извлечения при месей из ловушек с активированным углем используют экстракцию.
В условиях повышенной влажности применение ак тивированного угля и силикагеля для отбора проб стано вится практически невозможным. В этом случае рекомен дуется применять полимерные пористые сорбенты, такие как порапаки, хромосорбы, полисорбы, тенакс и др. По ристые полимеры инертны, гидрофобны, обладают доста точно хорошо развитой поверхностью, эффективно улав ливают из воздуха примеси вредных веществ и легко отдают их при термодесорбции. Пористые полимеры успешно применяют для улавливания из воздуха приме-
184
сей с большой молекулярной массой и таких опасных приоритетных загрязнителей, как пестициды, диоксины. Эффективность улавливания на полимерных сорбентах составляет 88—100%. Недостатками полимерных сор бентов являются плохая адсорбция газов и паров низко молекулярных соединений, нестабильность сорбционных свойств, возможность протекания реакций окисления и полимеризации, термическая нестабильность.
Для концентрирования вредных веществ из воздуха в качестве адсорбентов применяют также непористые адсорбенты — карбонат калия, сульфат меди, хлорид кальция и др. Преимуществом таких адсорбентов явля ется высокоэффективная десорбция сконцентрированных микропримесей, в том числе одновременное переведение в раствор как самого сорбента, так и адсорбированных на его поверхность химических веществ.
Криогенное концентрирование
Криогенное концентрирование применяют при отбо ре из воздуха нестабильных и реакционно-способных со единений. Техника этого метода сводится к пропусканию исследуемого воздуха через охлаждаемое сорбционное устройство с большой поверхностью, например через стальные или стеклянные трубки, заполненные инерт ным носителем (стеклянными шариками, стеклянной ватой). В качестве хладагентов используют следующие смеси:
Степень обогащения пробы целевыми компонентами может быть при этом очень высокой (100—1000 раз и бо лее). Однако применение такого способа извлечения при месей из воздуха затрудняет предварительное удаление влаги, которая, конденсируясь в ловушках, мешает газо-хроматографическому определению примесей и увели чивает предел их определения. Эффективность криоген-
185
ного извлечения примесей из воздуха очень высока — от 91 до 100%. Этот метод целесообразно использовать для извлечения таких примесей, которые при обычной темпе ратуре могут взаимодействовать с материалом ловушек, что делает пробоотбор невозможным.
Отбор проб в контейнеры
Этот метод рекомендуется для отбора летучих веществ, содержащихся в воздухе в значительных концентрациях, а также для анализа методом газовой хроматографии, обла дающим достаточно высокой чувствительностью. Для от бора проб воздуха применяют шприцы, газовые пипетки и бутыли.
К недостаткам этого метода отбора можно отнести:
Концентрирование на фильтрах
Вещества, находящиеся в воздухе в виде высокодис персных аэрозолей (дымов, туманов, пыли), концентриру ют на различных фильтрующих волокнистых материалах: перхлорвиниловой ткани, ацетилцеллюлозе, полистироле, стекловолокне. Перспективными являются фильтры, со стоящие из волокнистого фильтрующего материала, имп-регнированного тонкодисперсным активным углем. Боль шой интерес также представляют фильтры, импрегниро-ванные твердым сорбентом, с добавлением химических реагентов.
Так, для улавливания паров и аэрозолей ртути и паров йода применяют тканевые фильтры; в качестве основы используют ткань, на которую нанесен сорбент, обрабо танный нитратом серебра (для йода) или йодом (для рту ти). Такие фильтры позволяют проводить отбор проб воз духа как при положительных, так и при отрицательных температурах и высоких скоростях аспирации воздуха.
186
Таким образом, следует еще раз отметить, что отбор проб воздуха является существенным этапом в исследова нии, так как результаты самого точного тщательно вы полненного анализа теряют всякий смысл при неправиль но проведенном отборе проб. Выбор адекватного способа отбора определяется прежде всего агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.
Общие требования к отбору проб воздуха
Пробоотбор должен быть максимально экспрессным: 20—30 мин (в рабочей зоне — 15 мин). Изначально чистые поглотительные сосуды и емкости необходимо герметич но подсоединять к побудителю расхода воздуха и плотно закрывать.
Все характеристики пробы (масса, объем, время, место отбора), а также климатические и другие рабочие условия должны быть запротоколированы. При наличии несколь ких загрязняющих веществ допускается осуществлять пробоотбор по наиболее опасным или характерным ком понентам.
3.4.5. Стабилизация и хранение проб воздуха
Пробы объектов окружающей среды можно отбирать как непосредственно перед анализом, так и заблаговре менно. В последнем случае выполняют промежуточные операции хранения и стабилизации проб.
Применение экспрессных методов анализа на месте помогает избежать многих осложнений с изменениями состояния анализируемых проб. Однако это удается далеко не всегда, поэтому необходимо иметь представ ление о процессах, идущих в средах при хранении проб, а также знать правила хранения. В зависимости от предполагаемой продолжительности хранения ото бранные пробы иногда консервируют. При этом уни версального консервирующего средства не существует, поэтому для анализа отбирают несколько проб, каждую
187
из которых консервируют, добавляя соответствующие химикаты.
Применение консервирующих средств полностью не предохраняет определяемое вещество или саму среду от изменения. Поэтому стараются даже консервированные пробы анализировать сразу или на следующий день, но не позднее чем на третьи сутки после отбора. В процессе экоаналитической деятельности для обеспечения досто верности результатов все реагенты, особенно применяе мые в больших количествах (вода, прочие растворители), должны быть по возможности высокой чистоты. Для оп ределения очень низких концентраций даже реагенты вы сокой чистоты перед применением необходимо очищать дополнительно. Поэтому реагенты (в том числе для рас творения и стабилизации проб) следует выбирать исходя не только из их химических свойств, но и из возможности качественной оценки. Так, предпочтительнее кислоты, которые можно перегнать при низкой температуре (НС1, HN03). Следует избегать использования окрашенных пробок, поскольку пигменты могут загрязнять хранящие ся под ними пробы.
Материалы, из которых изготовлены сосуды, устрой ства и инструменты для отбора проб, должны быть устой чивы к воздействию образца или реагента. Их поверхность должна быть гладкой и легко очищаться. В этом отноше нии наилучшие свойства у посуды из тефлона, однако следует учитывать, что она имеет зернистую структуру и может адсорбировать многие соединения.
Желательно использовать тщательно вымытые стек лянные (притертые) или полиэтиленовые пробки. Корко вые или резиновые пробки предварительно кипятят в дистиллированной воде или обертывают полиэтиленовой пленкой.
Подготовленная для отбора образцов или проб стек лянная или полиэтиленовая посуда через несколько часов накапливает на поверхности загрязнения, адсорбируя их
188
из воздуха лаборатории, поэтому ее необходимо обраба тывать непосредственно перед употреблением.
Большие трудности при определении фоновых и сле довых количеств загрязняющих веществ возникают в свя зи с тем, что уровни их содержания в природных объектах могут быть сравнимы с количествами этих соединений, вносимыми в образец с используемыми в анализе реаген тами или при поступлении из окружающего воздуха. Влияние указанных примесей на результаты анализа в об щем случае оценить довольно сложно, поэтому на после дующих стадиях анализа их пытаются учесть с использо ванием холостого опыта.
Источником искажающих анализ загрязнений проб воздуха могут быть как мешающие примеси в анализируе мой воздушной среде, так и сам аналитик. В частности, в продуктах жизнедеятельности человека, выделяемых в воздух, идентифицировано около 135 различных соедине ний, часть из которых потом поглощается анализируемы ми средами из воздуха (например, бензол, толуол, хлорор-ганические соединения, полиароматические углеводоро ды и др.) или концентрируется на волосах и коже. А табачный дым, вьщыхаемый курильщиком, содержит в среднем от 0,1 до 27 нг диметилнитрозамина. Содержа щиеся в воздухе лаборатории примеси могут поглощаться сорбентами, используемыми для концентрирования и раз деления определяемых веществ. По этой причине фильтро вальную бумагу и пластинки следует хранить в специаль ных условиях.
Особенностью хранения проб воздуха является то, что как таковые (воздух, отобранный в специальные емкости) их практически не хранят. Исключение составляют пробы веществ, отделенных от воздушной среды путем аспира ции в жидкость или сорбции на твердые поглотители. При этом в первом случае применяют все описанные процедуры стабилизации и хранения водных (жидкост ных) проб, а во втором — процедуры стабилизации и хра нения проб почвы.
189
3.4.6. Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на стационарных постах
Стационарный пост наблюдений — это специально оборудованный павильон, в котором размещена аппара тура, необходимая для регистрации концентраций загряз няющих веществ и метеопараметров по установленной программе.
Перед установкой поста следует проанализировать расчетные поля концентраций по всем ингредиентам от совокупности выбросов всех стационарных и передвиж ных источников; особенности застройки и рельефа мест ности; перспективы развития жилой застройки и расшире ния промышленных предприятий; интенсивность движения автотранспорта, плотность населения; метеоусловия, ха рактерные для данной местности.
Пост должен находиться вне аэродинамической тени зданий и зоны зеленых насаждений. Его территория должна хорошо проветриваться и не подвергаться воздей ствию близко расположенных источников загрязнения ат мосферы (автостоянок, мелких предприятий с низкими трубами и т. п.).
На стационарных постах для проведения наблюдений используют комплектные лаборатории типа ПОСТ, пред ставляющие собой утепленный, обитый дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха и про ведения метеорологических измерений.
Отечественная промышленность выпускает две моди фикации комплектных лабораторий — ПОСТ-1 и ПОСТ-2. Последняя отличается более высокой произво дительностью и степенью автоматизации. В лабораториях ПОСТ-1 и ПОСТ-2 могут устанавливаться газоанализато ры ГКП-1 (на S02), ГМК-3 (на СО), метеорологическая станция М-49, мачта для установки датчика ветра, фильт ры для отбора пыли типа АФА, термостат для подогрева отбираемых проб воздуха при температурах окружающего воздуха менее 5 °С (обеспечивает нагрев воздуха для ана-
196
лиза на загрязнения до температуры более 5 °С при тем пературах окружающего воздуха не менее — 40 °С). Пре дусмотрены передача результатов измерений по каналам связи, буферирование накопленной информации в тече ние 30 суток, передача сообщений в случае превышения уровней ПДК, пожарной опасности, нарушения терморе жимов, отказа сети питания.
На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеопараметрами осуществляют круглогодично, во все сезоны независимо от погодных ус ловий. На опорных постах проводят наблюдения за со держанием пыли, S02, CO, N02 (основные загрязняющие вещества) и специфическими веществами, которые харак терны для промышленных выбросов данного населенного пункта, на неопорных постах — за специфическими ве ществами. Наблюдения за основными загрязняющими веществами на этих постах допускается проводить по со кращенной программе и не проводить, если среднемесяч ные концентрации этих веществ в течение года не превышают 0,5 среднесуточной ПДК.
3.4.7. Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на маршрутных постах
Маршрутный пост предназначен для регулярного от бора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводят с помощью передвиж ной аппаратуры. В качестве передвижного поста исполь зуют автолабораторию «Атмосфера-2», смонтированную в салоне автофургона УАЗ-452А (либо другого автомо биля).
Салон автофургона разделен стенкой на два отсека: приборный и вспомогательный. В приборном отсеке раз мещены оборудование для отбора проб воздуха на газо вые примеси, сажу, пыль; измерительный пульт анерум-бометра М-49 и пульт управления. Во вспомогательном отсеке размещены датчики температуры и влажности,
191
распределительный щит, кабель на катушке, аккумуля торные батареи и другое оборудование.
На крыше автофургона укреплена съемная платформа, на которой размещены ящик с датчиком скорости и на правления ветра, мачта для установки в рабочее положе ние датчиков и выносная штанга для крепления датчиков температуры, влажности и анерумбометра. Отбор проб воз духа на газовые примеси производят на высоте 2,6 м от уровня земли. Оба канала отбора проб оборудованы об щим нагревателем, включаемым при температурах наруж ного воздуха ниже 5 °С. Терморегулятор обеспечивает авто матическое поддержание температуры пробы не ниже 5 °С.
В автолаборатории «Атмосфера-2» используют полуко личественные переносные приборы-индикаторы, предназ наченные для определения содержания S02 и H2S («Атмос фера-1») и С12 и 03 («Атмосфера-2») в атмосферном воз духе.
Производительность автолаборатории составляет око ло 5000 отборов проб в год, в день можно произвести от бор 8—10 проб воздуха, что соответствует 4—5 точкам маршрута, по которому передвигается пост в городе. По рядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняют таким образом, чтобы отбор проб в каждом пункте прово дился в разное время суток. Например, в первый месяц машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во второй — в порядке их убывания, а в третий — с сере дины маршрута к концу и от начала к середине.
На маршрутных постах проводят наблюдения за ос новными загрязняющими веществами и специфическими веществами, характерными для выбросов данного насе ленного пункта.
3.4.8. Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на передвижных (подфакельных) постах
Передвижные (подфакельные) посты предназначены для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния источника загрязнения атмо-
192
сферы. Подфакельные наблюдения за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия, осуществляют по специально раз рабатываемым программам и маршрутам — с учетом объ ема выбросов и их токсичности.
Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загряз нения с учетом закономерностей распространения загряз няющих веществ в атмосфере. Отбор проб производят 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 ис точника.
В зоне максимального загрязнения (по данным расче тов и экспериментальных замеров) отбирают не менее 60 проб воздуха, а в других зонах количество проб должно быть не менее 25. Отбор проб воздуха при подфакельных измерениях производят на высоте 1,5 м от поверхности земли.
3.4.9. Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха автотранспортом
Автотранспорт в крупных городах является основным источником загрязнения атмосферного воздуха. Количе ство выбросов автотранспорта, поступающих в атмосфе ру, зависит от качественного и количественного состава парка автомобилей, условий организации уличного дви жения и ряда других факторов. В настоящее время дейст вует целый ряд нормативных документов, регламенти рующих содержание оксида углерода и других примесей в отработавших газах (ОГ) двигателей, например ГОСТ 17.2.2.03—87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и ме тоды измерения содержания оксида углерода и углеводо родов в отработавших газах бензиновых двигателей», ГОСТ 17.2.02.06—99 «Охрана природы. Атмосфера. Нор мы и методы измерения содержания оксида углерода
193
и углеводородов в отработавших газах газобаллонных ав томобилей».
В целях снижения вредного воздействия ОГ на окру жающую среду необходим контроль их токсичности, ко торый производят при техническом обслуживании авто мобилей, после регулировки карбюраторных двигателей, при выборочных проверках ГИБДД, СЭС.
Регулировку систем зажигания предписывается прово дить только на станциях технического обслуживания и автозаправочных станциях. Проверку токсичности ОГ дви гателей автомобилей на предприятиях, имеющих менее 50 машин, проводят специализированные организации. Не разрешается выпуск на линию машин с концентраци ей в ОГ вредных веществ, превышающей нормы, установ ленные соответствующим ГОСТом.
Возможности использования стационарных и пере движных постов для контроля выбросов автотранспорта ограничены. Это связано с тем, что примеси от низких источников выбросов распространяются иначе, чем от высоких. Максимальная концентрация загрязняющих ве ществ в выбросах автотранспорта наблюдается на самой транспортной магистрали, а при удалении от обочины резко падает, достигая на расстоянии 15—30 м от дороги фонового уровня.
Измерение уровня загрязнения воздуха, обусловленно го выбросами автотранспорта, обычно проводят в комп лексе с измерением выбросов промышленных источни ков. На автомагистралях и прилегающей к ним территории жилой застройки определяют содержание основных ком понентов ОГ: СО, углеводородов, оксидов азота, акроле ина, формальдегида, соединений свинца и продуктов их фотохимического превращения.
При проведении специальных (не в комплексе) на блюдений определяют:
— максимальные значения концентраций основных примесей и периоды их наступления при различных метео условиях и интенсивности движения транспорта;
194
Наблюдения проводят во все дни рабочей недели еже часно с 6 до 13 ч или с 14 до 21 ч, чередуя дни с утренни ми и вечерними часами наблюдения. В ночное время на блюдения проводят 1—2 раза в неделю.
Точки наблюдения выбирают на городских улицах с интенсивным движением транспорта, в местах, где часто производится торможение автомобилей, в местах скопле ния вредных примесей за счет слабого рассеивания (под мостами, путепроводами, в туннелях, на узких участках улиц и дорог с многоэтажными зданиями), а также в зо нах пересечения двух и более улиц с интенсивным движе нием транспорта.
Места для размещения приборов выбирают на середи не разделительной полосы, на тротуаре и за пределами тротуара — на расстоянии половины ширины проезжей части одностороннего движения. Пункт, наиболее уда ленный от автомагистрали, должен располагаться не ме нее чем в 0,5 м от стены здания. На улицах, пересекаю щих основную магистраль, пункты наблюдений размеща ют по краям тротуара и на расстояниях, превышающих ширину магистрали в 0,5; 2; 3 раза.
В кварталах старой застройки (сплошные ряды зданий с отдельными арочными проемами в них) места для раз мещения пунктов наблюдений выбирают в центре вну-триквартального пространства.
Интенсивность движения транспорта определяют пу тем учета числа проходящих транспортных средств, кото рые делятся на пять основных категорий: легковые авто мобили; грузовые автомобили; автобусы; дизельные авто мобили и автобусы; мотоциклы — ежедневно в течение двух-трех недель в период с 5—6 ч до 21—23 ч, а на тран-
195
зитных трассах — в течение суток. Подсчет количества проходящих транспортных единиц проводят в течение 20 мин каждого часа, а в двух-, трехчасовые периоды наи большей интенсивности движения автотранспорта — каждые 20 мин. Среднюю скорость движения транспорта определяют по показанию спидометра автомашины, дви жущейся в потоке транспортных средств на участке про тяженностью от 0,5 до 1 км данной магистрали. На осно вании результатов наблюдений вычисляют средние значе ния интенсивности движения автотранспорта в течение суток (или за отдельные часы) в каждой из точек наблю дения.
Метеорологические наблюдения при оценке загрязне ния атмосферы выбросами автотранспорта включают из мерения температуры воздуха и скорости ветра на уров нях 0,5 и 1,5 м от поверхности земли. Аналогичные на блюдения выполняют на метеостанции, расположенной за городом. При определении содержания в воздухе озона на метеостанции одновременно проводят наблюдения за интенсивностью прямой и суммарной солнечной ради ации, которая оказывает существенное влияние на ско рость протекания фотохимических реакций в воздухе, об разования озона и фотохимического смога.
3.4.10. Наблюдения за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха
При проведении мониторинга радиоактивного загряз нения атмосферы используют сборники радиоактивных загрязнений и воздухофильтрующие устройства, причем последние значительно превосходят первые по своей чув ствительности. Для наиболее эффективного контроля за распространением в атмосфере радиоактивных выбросов необходимо обеспечить возможность уверенного опреде ления полного изотопного состава проб аэрозолей, для чего производительность фильтрующего устройства и эф фективность улавливания аэрозолей должны быть доста точно высокими.
196
Для массовых измерений в качестве простого и деше вого устройства, продуваемого ветром, используют марле вый конус (сачок), натянутый на проволочный каркас и насаженный на штангу, воткнутую в землю. Ось конуса располагают горизонтально, под прямым углом к штанге, на высоте 1,5 м над поверхностью земли. Эффективность улавливания конусом радиоактивных аэрозолей зависит от погодных условий и дисперсности аэрозольных частиц. Хуже всего улавливаются частицы размером около 0,1 мкм, что соответствует «старым» (давно образовавшимся) ра диоактивным аэрозолям глобального происхождения.
Для отбора проб аэрозолей и газообразного йода из приземной атмосферы в окрестностях АЭС предназначе ны воздухофильтрующие установки типа «Тайфун», обо рудованные сорбционным фильтром для улавливания ра диоактивного йода и высокоэффективной фильтротканью. Сорбционный фильтр и фильтроткань размещают по слойно на фильтродержателе — жесткой сетке, выполнен ной в виде двускатной поверхности с тупым углом между составляющими плоскостями. Воздух принудительно про качивают через описанную систему с помощью центро бежной воздуходувки. Вся установка размещается в за щитной будке, оборудованной жалюзи со снего- и капле-задерживающими карманами.
Когда не происходит повышенных выбросов радио нуклидов в атмосферу, пробы отбирают в течение неде ли. Если же такой выброс произошел, экспонирование фильтра прерывают и проводят досрочный изотопный анализ.
Недостатками таких воздухофильтрующих устройств являются необходимость подвода электроэнергии для пи тания электродвигателей, а также сравнительная дорого визна и сложность обслуживания.
С целью выбора места для установки сборников ра диоактивных загрязнений и воздухофильтрующих ус тройств проводят измерение радиоактивного заражения местности с помощью радиометров и дозиметров.
197
3.4.11. Мониторинг загрязнения снежного покрова
Снежный покров является удобным индикатором за грязнения атмосферных осадков, атмосферного воздуха, а также загрязнения воды и почв в результате таяния снега, так как:
Мониторинг загрязнения снежного покрова позволяет отслеживать загрязнение окружающей среды сульфатами, нитратами, ионами аммония, основаниями, тяжелыми металлами, полициклическими ароматическими нефтя ными углеводородами, хлорорганическими пестицидами и другими веществами.
Снежный покров также может быть использован для определения вещественного состава и мощности выбро сов предприятий, доли вещества, увлекаемого в дальний и локальный перенос, дистанционных измерений пара метров загрязнения местности, в том числе и из космоса (измерение альбедо).
Мониторинг загрязнения снежного покрова осуществ ляют на базе снегомерной сети, используемой для опре деления физических параметров снежного покрова (высо ты, плотности, влагозапаса).
198
Отбирают пробы снега для определения параметров его загрязнения весовым снегомером во время проведе ния плановых снегосъемок в период максимального вла-госодержания (влагозапаса) в снеге один раз за зиму. В месте отбора снегомер врезают на всю толщину снежно го покрова до поверхности земли, после чего трубу с кер ном снега вытаскивают, поддерживая внизу полиэтилено вой лопаткой. Время пребывания снега в металлическом снегомере должно быть минимальным. Нижняя (режу щая) часть снегомера и основание столбика снежного керна должны быть тщательно очищены от частиц грунта.
Определение параметров загрязнения проводят путем анализа одной сборной пробы, которая с заданной точно стью должна характеризовать среднюю концентрацию за грязняющего вещества на маршруте. Этого достигают от бором нескольких частных проб в пунктах определения плотности снега. Наиболее часто сборная проба имеет объем 2—4 л и состоит из 4—6 частных проб, равномерно размещенных на снегомерном маршруте. Часто для отбо ра проб снега используют метод конверта.
Первичная обработка проб снега включает их растап ливание и фильтрование. Если цель исследования состоит в определении параметров выпадения загрязняющих ве ществ, необходима максимально возможная сохранность в пробах первичного состава загрязняющих веществ; сле довательно, нужно применять режим быстрого таяния (без существенного подогрева пробы). Если необходимо спрогнозировать загрязнение почв и стоковых вод при ве сеннем снеготаянии, условия таяния пробы должны быть максимально приближены к естественным, т. е. применя ют режим медленного таяния.
3.4.12. Наблюдения за фоновым состоянием атмосферы
Рост выбросов вредных веществ в атмосферу в резуль тате процессов индустриализации и урбанизации ведет к
199
увеличению содержания примесей на значительном рас стоянии от источников загрязнения и к глобальным из менениям в составе атмосферы, что, в свою очередь, мо жет привести ко многим нежелательным последствиям, в том числе к изменению климата. В связи с этим в 60-е годы XX в. Всемирной метеорологической организацией (ВМО) была создана сеть станций мониторинга фонового загрязнения атмосферы (БАПМоН). Ее цель состояла в получении информации о фоновых уровнях концентра ции загрязняющих атмосферу веществ, их вариациях и долгопериодных изменениях, по которым можно судить о влиянии антропогенной деятельности на состояние атмосферы.
Для осуществления фонового мониторинга создана сеть станций, которые подразделяют на базовые и реги ональные. Базовые станции обеспечивают получение информации об исходном состоянии биосферы и распо лагаются в районах, где отсутствует непосредственное антропогенное воздействие, в большинстве случаев — в биосферных заповедниках. На региональных станциях получают информацию о состоянии биосферы в зонах, подверженных антропогенному влиянию. Они могут располагаться вблизи урбанизированных районов.
В обязательную программу наблюдений на базовых и региональных станциях БАПМоН включены наблюдения за содержанием в воздухе S02, взвешенными аэрозольны ми частицами, мутностью атмосферы, радиацией, хими ческим составом осадков. Программа наблюдений может быть расширена за счет увеличения числа определяемых компонентов, в частности озона.
На станциях комплексного фонового мониторинга (СКФМ) проводят комплексное изучение содержания за грязняющих веществ в компонентах экосистем (атмос ферном воздухе, осадках, воде, почвах, биоте). В связи с этим программа наблюдений на СКФМ включает сис тематические измерения содержания загрязнений одно временно во всех средах, причем любые наблюдения по
200
программе фонового мониторинга должны сопровож даться комплексом метеорологических наблюдений, по этому наблюдения желательно проводить на базе метео станций.
В атмосферном воздухе на СКФМ определяют показа тель аэрозольной мутности атмосферы, а также среднесу точные концентрации:
В атмосферных осадках определяют концентрацию в суммарных месячных пробах:
Метеорологические наблюдения на СКФМ включают определение следующих параметров:
201
3.4.13. Обобщение результатов наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы
Данные о результатах загрязнения атмосферного воз духа и метеорологических параметрах поступают в отделы обеспечения информацией народно-хозяйственных орга низаций управлений по гидрометеорологии, где они про ходят контроль и сводятся в специальные таблицы на блюдений за загрязнением атмосферы (ТЗА), которые подразделяются на четыре вида — ТЗА-1, ТЗА-2, ТЗА-3 и ТЗА-4:
ТЗА-1 — результаты разовых наблюдений за загрязне нием атмосферного воздуха на сети постоянно действую щих стационарных и маршрутных постов в одном городе или промышленном центре, а также данные метеорологи ческих наблюдений;
ТЗА-2 — результаты подфакельных измерений;
ТЗА-3 — данные среднесуточных наблюдений за вы падением и концентрацией пыли и газообразных приме сей;
ТЗА-4 — данные суточных наблюдений с помощью га зоанализаторов или других приборов и устройств непре рывного действия.
Таблица ТЗА-1 состоит из основной и дополнительной (ТЗА-1д) таблиц. ТЗА-1 содержит восемь страниц (100— 120 наблюдений в месяц). В нее записывают данные на блюдений за концентрациями примесей и метеопарамет ров, соответствующих срокам отбора проб воздуха на ме теостанциях. Таблица ТЗА-1д предназначена для записи
202
концентраций примесей и метеорологических данных наблюдений на постах СЭН и других ведомств того же го рода.
Формы таблиц ТЗА-1, ТЗА-3 и ТЗА-4 приведены в Приложении 2. Таблица ТЗА-2 составляется по методи кам Росгидромета для каждого конкретного случая. После заполнения таблицы ТЗА-2 производят расчеты:
Для этих расчетов выбирают данные о скоростях ветра менее 2,2—5 и более 5 м/с, число случаев превышения
пдк.
За титульным листом ТЗА-4 следуют развернутые листы для записи фактических данных непрерывных наблюдений за концентрациями одной примеси по од ному прибору. Количество листов ТЗА-4 должно соот ветствовать числу приборов в городе. Данные помещают в порядке возрастания номеров постов. После заполнения таблиц и переноса данных на машинный носитель их сшивают вместе таким образом, чтобы данные наблюде ний за все сроки следовали в порядке возрастания но меров постов.
3.5. Наблюдения за загрязнением природных вод
Составной частью ГСМОС является программа, по священная водным проблемам — ГСМОС «Вода», с центром в Канаде. В этой программе принимают актив ное участие четыре специализированных учреждения ООН: Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Всемир ная метеорологическая организация (ВМО) и Организа-
203
ция Объединенных Наций по вопросам образования, нау ки и культуры (ЮНЕСКО).
Задачи программы ГСМОС «Вода»:
Программа ГСМОС «Вода» включает семь основных пунктов:
В обработанном и систематизированном виде полу ченная информация представлена в кадастровых издани ях, таких как «Ежегодные данные о составе и качестве поверхностных вод суши» (по гидрохимическим и гидро биологическим показателям) и Государственный водный кадастр (ГВК).
ГВК представляет собой систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны, включающий коли чественные и качественные показатели, данные регистра ции водопользователей и учета использования вод. Веде ние ГВК предусмотрено Водным кодексом РФ. Основная задача ГВК — обеспечение народного хозяйства необхо димыми данными о водных ресурсах, водных объектах, режиме, качестве и использовании природных вод, а так же о водопользователях.
204
3.5.1. Формирование сети пунктов контроля качества поверхностных вод
Контроль качества поверхностных вод в Российской Федерации осуществляют в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.3.07—82 «Охрана природы. Гидросфера. Пра вила контроля качества воды, водоемов и водотоков». При этом проводят:
Каждый из этих видов наблюдений осуществляют в результате:
Основные задачи систематических наблюдений за ка чеством поверхностных вод в системе мониторинга мож но сформулировать следующим образом:
К задачам специальных наблюдений и исследований, определяемым в каждом конкретном случае, относятся:
205
Для проведения мониторинга вод суши организуют:
В основе организации и проведения наблюдений за качеством поверхностных вод лежат следующие принци пы: комплексность и систематичность наблюдений, со гласованность сроков их проведения с характерными гид рологическими ситуациями, определение показателей качества воды по единым методикам. Соблюдение этих принципов достигается установлением программ контро ля (по физическим, химическим, гидробиологическим и гидрологическим показателям) и периодичности его проведения, выполнением анализа проб воды по еди ным или обеспечивающим требуемую точность методи кам.
Сеть гидрохимических наблюдений должна охваты вать:
в пространстве:
во времени:
206
Под пунктом наблюдения следует понимать место на водоеме или водотоке, в котором производят комплекс работ для получения данных о качестве воды. Пункты наблюдений организуют в первую очередь на водоемах и водотоках, имеющих большое народно-хозяйственное значение, а также подверженных значительному загрязне нию промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельско хозяйственными сточными водами. На незагрязненных сточными водами водоемах и водотоках или их участках создают пункты для фоновых наблюдений.
Пункты наблюдений на водоемах и водотоках разме щают в районах:
Для изучения природных процессов и определения фонового состояния воды водоемов и водотоков пункты наблюдений создают также на не подверженных прямому антропогенному воздействию участках, в том числе на во доемах и водотоках, расположенных на территориях запо ведников и национальных парков и являющихся уникаль ными природными образованиями.
В пунктах наблюдений организуют один или несколь ко створов. Под створом понимают условное поперечное
207
сечение водоема или водотока, в котором производится комплекс работ для получения данных о качестве воды. Местоположение створов устанавливают с учетом гидро метеорологических и морфологических особенностей водного объекта, расположения источников загрязнения, количества, состава и свойств сбрасываемых сточных вод, интересов водопользователей и водопотребителей.
Один створ устанавливают на водотоках при отсутст вии организованного сброса сточных вод в устьях загряз ненных притоков, на незагрязненных участках водотоков, на предплотинных участках рек, на замыкающих участках рек, в местах пересечения государственной границы.
При наличии организованного сброса сточных вод на водотоках устанавливают два и более створов. Один из них располагают выше источника загрязнения (вне влия ния рассматриваемых сточных вод), другие — ниже ис точника (или группы источников) загрязнения в месте полного смешивания. Химический состав воды в пробе, отобранной в створе выше источника загрязнения, харак теризует фоновые показатели качества воды водотока в данном пункте. Сравнение фоновых показателей с пока зателями качества воды в пробе, отобранной ниже источ ника загрязнения, позволяет судить о характере и степени загрязнения воды под влиянием источников загрязнения данного пункта. Изменение химического состава воды в пробах, отобранных в первом после сброса сточных вод створе и в расположенных ниже створах, дает возмож ность оценивать самоочищающую способность водотока.
Верхний (первый) фоновый створ располагают в 1 км выше первого источника загрязнения. Выбор створов ни же источника (или группы источников) загрязнения осу ществляют с учетом комплекса условий, влияющих на ха рактер распространения загрязняющих веществ в водото ке. Необходимо, чтобы нижний створ характеризовал состав воды в целом по сечению, т. е. был расположен в месте достаточно полного (не менее 80%) смешивания сточных вод с водой водотока.
208
На реках, где створ полного смешивания находится далеко от источников загрязнения, процесс трансформа ции части загрязняющих веществ может завершиться до створа полного смешивания, и их влияния на физические свойства и химический состав воды в этом створе может быть не обнаружено. В этом случае створ устанавливают исходя из интересов народного хозяйства на ближайшем участке водопользования. На реках, используемых для нужд рыбного хозяйства, такой створ устанавливают не далее 0,5 км от места сброса сточных вод.
При наличии группы источников загрязнения верхний (фоновый) створ располагают выше первого источника, нижний — ниже последнего. Исходя из интересов народ ного хозяйства между створами выше и ниже источников загрязнения могут быть установлены дополнительные створы, которые должны характеризовать влияние от дельных источников загрязнения.
Для наблюдений на водоеме в целом с учетом геомор фологии береговой линии и других факторов устанавли вают не менее трех створов, по возможности равномерно распределенных по акватории. При контроле на отдель ных загрязненных участках водоемов створы устанавлива ют с учетом условий водообмена водоемов.
На водоемах с интенсивным водообменом (коэффици ент водообмена — более 5 раз в год) расположение ство ров аналогично расположению их на водотоках: один створ устанавливают в 1 км выше источника загрязнения, вне зоны его влияния, остальные створы (не менее двух) располагают ниже источника 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 раз в год) и за медленным (до 0,1 раза в год) водообменом один створ устанавливают вне зоны влияния источника или группы источников загрязнения, второй — совмещают с местом сброса сточных вод, остальные створы (не менее двух) располагают параллельно второму по обе его стороны на
8-5998
209
расстоянии 0,5 км от места сброса сточных вод и непо средственно за границей загрязненной зоны.
Количество вертикалей в створе на водоеме определя ется шириной зоны загрязненности: первую вертикаль располагают на расстоянии не далее 0,5 км от места сбро са сточных вод или от берега, последнюю — непосредст венно за границей зоны загрязнения.
Количество вертикалей в створе на водотоке определя ется условиями смешивания речных вод со сточными во дами или водами притоков: при неоднородности химиче ского состава в створе устанавливают не менее трех вер тикалей (на стрежне и на расстоянии 3—5 м от берегов), при однородности химического состава — одну вертикаль (на стрежне реки).
Количество горизонтов на вертикали определяется глубиной водоема или водотока в месте измерения: при глубине до 5 м устанавливают один горизонт (у поверхно сти — в 0,2—0,3 м от поверхности воды летом и у нижней поверхности льда зимой), при глубине от 5 до 10 м — два (у поверхности и в 0,5 м от дна), а при глубине более Юм— три горизонта (дополнительный, промежуточный и расположенный на половине глубины).
Все пункты наблюдений за качеством воды водоемов и водотоков делят на четыре категории — в зависимости от частоты и детализации программ наблюдений. Назначе ние и расположение пунктов контроля определяются пра вилами наблюдений за качеством воды водоемов и водо токов.
Пункты первой категории располагают на средних и больших водоемах и водотоках, имеющих важное народ но-хозяйственное значение:
210
Пункты второй категории размещают на водоемах и водотоках в пределах следующих участков:
водотоках:
Пункты четвертой категории устанавливают:
Наблюдения за качеством воды ведут по определен ным видам программ, которые выбирают в зависимости от категории пункта контроля. Периодичность проведе ния контроля по гидробиологическим и гидрохимиче ским показателям устанавливают в соответствии с катего рией пункта наблюдений. При выборе программы конт роля учитывают целевое использование водоема или водотока, состав сбрасываемых сточных вод, требования потребителей информации.
Параметры, определение которых предусмотрено обя зательной программой наблюдений за качеством поверх-
8*
211
ностных вод по гидрохимическим и гидробиологическим показателям, приведены в табл. 2.
Наблюдения по обязательной программе на водотоках осуществляют, как правило, 7 раз в год в основные фазы водного режима: во время половодья — на подъеме, пике и спаде; во время летней межени — при наименьшем рас ходе и при прохождении дождевого паводка; осенью — перед ледоставом; во время зимней межени.
Таблица 2
Параметры, определение которых предусмотрено обязательной программой наблюдений
|
Параметр |
Единица измерения |
|
Расход воды (на водотоках) |
м3/с |
|
Скорость течения воды (на водотоках) |
м/с |
|
Уровень воды (на водоемах) |
м |
|
Визуальные наблюдения |
- |
|
Температура |
°С |
|
Цветность |
градус |
|
Прозрачность |
см |
|
Запах |
балл |
|
Растворенный кислород |
мг/дм3 |
|
Диоксид углерода |
мг/дм3 |
|
Взвешенные вещества |
мг/дм3 |
|
Водородный показатель (рН) |
- - |
|
Окислительно- восстановительный потенциал (Eh) |
мВ |
|
Хлориды (С1~) |
мг/дм3 |
|
Сульфаты (S4~) |
мг/дм3 |
|
Гидрокарбонаты (НС03) |
мг/дм3 |
|
Кальций (Са2+) |
мг/дм3 |
|
Магний (Mg2+) |
мг/дм3 |
212
Окончание табл. 2
|
Параметр |
Единица измерения |
|
Натрий (Na+) |
мг/дм3 |
|
Калий (К+) |
мг/дм3 |
|
Сумма ионов (£и) |
мг/дм3 |
|
Аммонийный азот (NH^) |
мг/дм3 |
|
Нитритный азот (NOj) |
мг/дм3 |
|
Нитратный азот (NO^~) |
мг/дм3 |
|
Минеральный фосфор (РО3,-) |
мг/дм3 |
|
Железо общее |
мг/дм3 |
|
Кремний |
мг/дм3 |
|
БПК5 |
мг 02/дм3 |
|
ХПК |
мг 02/дм3 |
|
Нефтепродукты |
мг/дм3 |
|
СПАВ |
мг/дм3 |
|
Фенолы (летучие) |
мг/дм3 |
|
Пестициды |
мг/дм3 |
|
Тяжелые металлы |
мг/дм3 |
В водоемах качество воды исследуют при следующих гидробиологических ситуациях: зимой при наиболее низ ком уровне воды и наибольшей толщине льда; в начале весеннего наполнения водоема; в период максимального наполнения; в летне-осенний период при наиболее низ ком уровне воды.
Сокращенную программу наблюдений за качеством поверхностных вод по гидробиологическим и гидрохими ческим показателям подразделяют на три вида:
— сокращенная программа 1 предусматривает опреде ление расхода воды (на водотоках), уровня воды (на во доемах), температуры, концентрации растворенного кис-
213
лорода, удельной электропроводности; визуальные на блюдения;
Гидрохимические показатели качества природных вод в пунктах контроля сопоставляют с установленными нор мами качества воды.
Программы и периодичность наблюдений по гидрохи мическим показателям для пунктов различных категорий приведены в табл. 3.
Таблица 3
Программы и периодичность наблюдений для пунктов различных категорий
|
Периодичность проведения контроля |
Категория пункта наблюдений |
|||
|
I |
II |
III |
IV |
|
|
Ежедневно |
Сокращенная программа 1 |
Визуальные наблюдения |
— |
— |
|
Ежедекадно |
Сокращенная программа 2 |
Сокращенная программа 1 |
— |
— |
|
Ежемесячно |
Сокращенная программа 3 |
— |
||
|
В основные фазы водного режима |
Обязательная программа |
214
Внедрение в систему наблюдений за качеством воды гидробиологических методов позволяет непосредствен но выяснить состав и структуру сообществ гидроби-онтов.
Полная программа наблюдений за качеством поверх ностных вод по гидробиологическим показателям предус матривает исследование:
215
Сокращенная программа наблюдений за качеством поверхностных вод по гидробиологическим показателям предусматривает исследование:
Программы и периодичность наблюдений по гидробио логическим показателям для станций различных катего рий приведены в табл. 4.
Таблица 4
Программы и периодичность наблюдений по гидробиологическим
показателям
|
Периодичность проведения контроля |
Категория пункта наблюдений |
|||
|
I |
II |
III |
IV |
|
|
Ежемесячно |
Сокращен ная про грамма |
Сокращен ная про грамма |
Сокращенная про грамма (контроль в ве гетационный период) |
- |
|
Ежеквартально |
Полная программа |
3.5.2. Отбор проб воды
Процедура отбора проб воды регламентируется требо ваниями ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб», ГОСТ Р 51593—2000 «Вода питьевая. Отбор
216
проб» и др. Чаще всего на водоеме отбирают так называе мые разовые пробы. Однако при обследовании водоема может возникнуть необходимость отбора серий проб — из поверхностного, глубинного, придонного слоев вод и т. д. Пробы могут быть отобраны также из подземных источ ников, водопровода и т. п. Усредненные данные о составе вод дают смешанные пробы.
Проба воды должна быть представительной (репрезен тативной), т. е. в максимальной степени характеризовать качество воды по данному показателю, типичной и неис каженной вследствие концентрирования и других факто ров. Различные виды водоемов (водоисточников) обус ловливают некоторые особенности отбора проб в каждом случае.
При отборе проб воды можно решить две задачи: по лучить характеристику водоема (водотока); получить ха рактеристику источника загрязнения и оценить его влия ние на окружающую среду.
Если решается первая задача, то не рекомендуется от бирать пробы:
Если решается вторая задача, то, напротив, следует стремиться к отбору проб вблизи источника загрязнения или в нем самом.
Пробы из рек и водных потоков отбирают для опреде ления качества воды в бассейне реки, пригодности воды для пищевого использования, орошения, для водопоя скота, рыборазведения, купания и водного спорта, уста новления источников загрязнения.
Для определения влияния места сброса сточных вод и вод притоков пробы отбирают выше по течению и в точ ке, где произошло полное смешивание вод. Следует иметь
217
в виду, что загрязнения могут быть неравномерно рас пространены по потоку реки, поэтому обычно пробы от бирают в местах максимально бурного течения, где пото ки хорошо перемешиваются. Пробоотборники помещают вниз по течению потока, располагая на нужной глубине.
При централизованном водоснабжении в населенном пункте пробы воды из водоема можно брать в точке водо забора по глубине и по ширине реки. Для характеристи ки источника централизованного водоснабжения при существующем водозаборе допускаются отбор и первич ная оценка проб непосредственно после насосов первого подъема.
Пробы из природных и искусственных озер (прудов) отбирают, учитывая длительность существования озер; поэтому на первый план выступают мониторинг качества воды в течение длительного периода времени — несколь ких лет, а также установление последствий антропоген ных загрязнений воды (мониторинг ее состава и свойств). Качество воды в водоемах (и водотоках) носит цикличе ский характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине ежедневные пробы следу ет отбирать в одно и то же время суток, а продолжитель ность сезонных исследований должна составлять не менее одного года, включая исследования серий проб, отобран ных в течение каждого времени года.
Пробы грунтовых вод отбирают для определения их пригодности в качестве источника питьевой воды, а так же для технических или сельскохозяйственных целей, для определения влияния на качество грунтовых вод потен циально опасных хозяйственных объектов, при проведе нии мониторинга загрязнителей грунтовых вод.
Грунтовые воды изучают, отбирая пробы из артезиан ских скважин, колодцев, родников. Следует иметь в виду, что качество воды в различных водоносных горизонтах может значительно различаться, поэтому при отборе про бы грунтовых вод следует оценить доступными способами глубину горизонта, из которого отобрана проба; возмож ные градиенты подземных потоков; информацию о соста-
218
ве подземных пород, через которые пролегает горизонт. Поскольку в точке отбора пробы концентрации различ ных примесей могут отличаться от их концентраций в во доносном слое, необходимо откачивать из скважины (или родника, делая в нем углубление) воду в количестве, до статочном для обновления воды в скважине, водопрово де, углублении и т. п.
Пробы из водопроводных сетей отбирают в целях определения общего уровня качества водопроводной воды, поиска причин загрязнения распределительной сис темы, контроля степени возможного загрязнения питье вой воды продуктами коррозии и др. Для получения репрезентативных проб в этом случае соблюдают сле дующие правила:
Место отбора проб сточных вод оценивают и выбира ют только после подробного ознакомления с технологией производства, потреблением и сбросом воды, местополо жением цехов объекта, системой его канализации, назна чением и работой отдельных элементов систем очистки. Следует обращать внимание (фиксировать в протоколе) на сопровождавшие отбор гидрологические и климатиче ские условия, такие как осадки и их обилие, паводки, за стойность водоема и др.
Посуда для отбора проб должна быть чистой. Сосуды, предназначенные для отбора проб, предварительно тща тельно моют, ополаскивают не менее трех раз отбираемой
219
водой и закупоривают стеклянными или пластмассовыми пробками, прокипяченными в дистиллированной воде. Между пробкой и отобранной пробой в сосуде оставляют воздух объемом 5—10 мл. В общую посуду отбирают про бу на анализ только тех компонентов, которые имеют одинаковые условия консервации и хранения.
Для отбора проб воды применяют батометры различ ной конструкции: ГР-18, ГР-16М, Рутинера и др.
3.5.3. Отбор проб донных отложений
Донные отложения отбирают для определения харак тера, степени и глубины проникновения в них загрязняю щих веществ, изучения закономерностей процессов само очищения водоемов и водотоков, вьювления источников вторичного загрязнения и учета воздействия антропоген ного фактора на водные экосистемы.
Проба при этом должна характеризовать не столько донные грунты, сколько водный объект или его часть за определенный промежуток времени. В водоемах и водо токах точки отбора проб выбирают с учетом распределе ния донных отложений и их перемещения. Отбор таких проб обязателен в местах максимального накопления донных отложений (места сброса сточных вод и впадения боковых потоков, приплотинные участки водохранилищ), а также в местах, где обмен загрязняющими веществами между водой и донными отложениями наиболее интенси вен (судоходные фарватеры рек, перекаты, участки ветро вых волнений). При оценке влияния сточных вод на степень загрязнения донных отложений и динамики на копления загрязняющих веществ в них пробы отбирают выше и ниже места сброса во время характерных фаз гид рологических режимов изучаемых водных объектов.
Способ отбора проб донных отложений выбирают в зависимости от свойств определяемых веществ и постав ленной задачи. Для оценки сезонного поступления загрязняющих веществ и их поверхностного распределе-
220
ния в донных отложениях пробы отбирают из верхнего слоя, а при исследовании распределения загрязняющих веществ по годам донные отложения отбирают послойно. При этом пробы, отобранные на различных горизонтах, помещают в разную посуду. Пробы хранят в охлажден ном (от 0 до —3 °С) или замороженном (до —20 °С) со стоянии.
Для отбора проб донных отложений применяют дно-черпатели, трубки, донные щупы.
3.5.4. Наблюдения за загрязнением морских вод
Охрана морской среды предполагает прежде всего оценку современного состояния качества воды морей и океанов, что требует:
В отличие от пунктов наблюдений за качеством по верхностных вод пункты наблюдений за качеством мор ских вод подразделяют на три категории.
Пункты первой категории предназначены для наблю дений, проводимых в важных народно-хозяйственных районах:
221
Пункты второй категории располагают:
Пункты третьей категории используют для контроля качества воды в открытом море, исследования годовой изменчивости и расчета баланса химических веществ.
На пунктах наблюдений, расположенных на устьевом взморье в замыкающем створе рек, при глубине реки 1—5 м отбор проб проводят на поверхности и у дна реки. При глубине реки 5—10 м наблюдения проводят на поверхно сти, на половине глубины и у дна, а при глубине реки более 10 м — на поверхности, через каждые 5 м и у дна реки.
Наблюдения за качеством вод морей и океанов прово дят по гидрохимическим и гидробиологическим показате лям. Гидрохимические показатели, определение которых предусмотрено в рамках обязательной (полной) програм мы наблюдений, представлены в табл. 5. В сокращенную программу гидрохимических наблюдений входят опреде ление концентрации нефтяных углеводородов, растворен ного кислорода, рН и визуальные наблюдения за поверх ностью морского водного объекта.
В пунктах первой категории 2 раза в месяц (в 1-ю и 3-ю декады) осуществляют наблюдения по сокращенной про грамме, 1 раз в месяц (во 2-ю декаду) — наблюдения по полной программе. В пунктах второй категории наблюде ния проводят 5—6 раз в год по полной программе, в пунктах третьей категории — 2—4 раза в год по полной программе.
При появлении новых источников загрязнения, из менении мощности, состава и форм сброса, вида водо-
222
пользования и других сложившихся условий категория пункта и перечень наблюдаемых показателей могут быть изменены.
Таблица 5
Параметры, определение которых предусмотрено обязательной (полной) программой наблюдений
|
Параметр |
Единица измерения |
|
Нефтяные углеводороды |
мг/дм3 |
|
Растворенный кислород |
мг/дм3, % |
|
РН |
- |
|
Визуальные наблюдения за состоянием поверх ности |
— |
|
Хлорированные углеводороды, в том числе пес тициды |
мкг/л |
|
Тяжелые металлы: ртуть, свинец, кадмий, медь |
мкг/л |
|
Фенолы (у поверхности, на 5, 10, 20 м глубины) |
мкг/л |
|
СПАВ (у поверхности, на глубине 10 м, у дна) |
мкг/л |
|
Дополнительные параметры, специфичные для данного района |
|
|
Нитритный азот (N02) |
мкг/л |
|
Кремний |
мкг/л |
|
Соленость воды |
промилле |
|
Температура воды и воздуха |
°С |
|
Скорость и направление ветра |
м/с |
|
Прозрачность |
балл |
|
Волнение (визуально) |
балл |
Полная программа наблюдений за качеством морских вод по гидробиологическим показателям предусматривает исследование:
— фитопланктона — общей биомассы, численности ос новных групп и видов, биомассы основных групп и видов;
223
Сокращенная программа наблюдений за качеством морских вод по гидробиологическим показателям предус матривает исследование:
3.5.5. Наблюдения за качеством природных вод с помощью комплексных лабораторий
В настоящее время в отличие от газоаналитической аппаратуры технические средства для контроля загряз нения вод и других жидкостей распространены несколько меньше. Однако для анализа состава поверхностных вод суши и морских вод широко используют комплексные ла боратории, например КЛВ-1, СКЛАВ-1 и др.
Комплексная лаборатория анализа воды КЛВ-1 пред ставляет собой конструкцию, состоящую из транспортной стойки, на которой устанавливают весь набор техниче ских средств, уложенных в быстроснимаемые и легкопе реносимые чемоданы, контейнеры для хранения проб, ус тановки для экстрагирования. КЛВ-1 можно развернуть непосредственно у исследуемого водоема и полностью провести цикл гидрохимических анализов «первого дня».
224
Некоторые технические характеристики КЛВ-1:
Судовая комплексная лаборатория анализа воды СКЛАВ-1 предназначена для количественного химиче ского контроля качества конденсата, добавочной, пита тельной и котловой воды на всех судах, где установлены главные и вспомогательные паровые котлы.
Комплект приборов и оборудования лаборатории раз мещен в трех автономных футлярах: в основном — собст венно лаборатория; запасном — запасная посуда и обору дование; переносном — емкости для химических реакти вов. Футляры лаборатории изготовлены из дерева и покрыты полиэфирным лаком. Разнообразные приспо собления для проведения наблюдений размещены на дверцах и полках лаборатории: на верхней полке — ем кости с титрованными растворами, подача которых в бю ретки осуществляется с помощью пневматической груши; на нижней полке — реактивы для проведения анализов.
Технические характеристики СКЛАВ-1:
— пределы измерений:
общей жесткости — 0,1—0,5 мг-экв/л,
щелочности 0,1—0,5 мг-экв/л,
содержания хлоридов в конденсате — 0,1—4,5 мг/л,
содержания хлоридов в котловой воде — от 5 мг/л и выше,
содержания нитратов — 10—50 мг/л,
содержания фосфатов — 10—50 мг/л,
степени загрязнения воды нефтепродуктами: в кон денсате — 1—20 мг/л, в лояльных и балластных водах — 10-350 мг/л,
225
содержания растворенного в воде кислорода — О— 0,1 мг/л;
Нормальная работа лаборатории обеспечивается при температуре окружающего воздуха 10—35 °С, относительной влажности до 80%, атмосферном давлении 99,75 ± 4 кПа.
Общую жесткость воды, щелочность, содержание хло рид-иона определяют с помощью титровального блока. Исследование фосфатов и нитратов проводят в компара торе, содержание нефтепродуктов определяют путем экс трагирования их из воды. Результаты определения считы вают с эталонных графиков, нанесенных на нижней пане ли лаборатории. Содержание кислорода, растворенного в воде, определяют на установке, состоящей из компа ратора с набором эталонных пленок, шприца-дозатора и вспомогательного оборудования.
Химическая посуда, приборы и емкости размещены в амортизационных гнездах и выдерживают качку и вибра цию. Почти вся посуда изготовлена из химически стойких пластмасс. Крепления для посуды и оборудования имеют антикоррозийные покрытия, так как предусматривается работа лаборатории в агрессивных средах (морской воз дух, пары растворителей).
Используя реактивы, размещенные в основном футля ре, можно осуществить около 100 анализов. Весь запас реактивов позволяет провести около 3000 анализов.
В настоящее время выпускается также передвижная гидрохимическая лаборатория ПГХЛ-1 на базе автобуса ПАЗ-3201. В комплект ПГХЛ-1 входят переносные и по левые аналитические приборы, позволяющие проводить анализ воды непосредственно на месте по 30 показа телям, в том числе по рН, электропроводности, содержа нию растворенного кислорода, мутности, концентрациям
226
нитритов, хлоридов, гидрокарбонатов, ионов аммония и т. д. Измерения проводят три специалиста с помощью фотоколориметра КФК-2, иономера И-120М, комбини рованного анализатора вод АКВ-106, микроскопов «Био-лат Д12», МБС-9.
3.5.6. Стабилизация и хранение проб воды
Хранение проб воды, в том числе содержащих следо вые количества исследуемых веществ, осложнено по терями ее из-за сорбции на стенках сосудов и разруше ния в растворителях и на поверхностях носителей под действием кислорода, света и других факторов внешней среды.
В воде протекают процессы окисления-восстановле ния, биохимические процессы с участием бактерий и дру гих живущих в ней объектов, а также физические и фи зико-химические процессы сорбции, седиментации и др. В водных растворах, например, нитраты в присутствии органики могут восстанавливаться до нитритов или даже до ионов аммония (в отсутствие органики эти процессы могут идти в обратную сторону из-за наличия в воде рас творенного кислорода), а сульфаты — до сульфитов. Рас творенный кислород может расходоваться на окисление органических веществ. Могут изменяться и органолепти-ческие свойства воды — запах, цвет, мутность, вкус.
Некоторые элементы и их соединения способны до вольно легко адсорбироваться на стенках сосудов (Fe, Al, Cu, Cd, Mn, Cr, Zn, P04" и др.). Из стекла (особен но темного) или пластмассы бутылей, напротив, ряд микроэлементов и следы веществ могут выщелачивать ся (В, Si, Na, К). Указанные процессы иногда довольно значительно сказываются на достоверности и точности анализа, поэтому очень важно соблюдать предписан ные технологические процедуры хранения и стабилиза ции проб.
227
Особые меры предосторожности необходимо соблю дать при хранении проб хлорированной водопроводной воды, содержащей, например, ПАУ в следовых концент рациях (1—3 нг/л). Установлено, что даже при 5 °С в про цессе хранения таких проб в течение 18 суток многие из углеводородов исчезают практически полностью. Поэто му для устранения потерь ПАУ рекомендуется хранение проб стабилизировать добавлением сульфата натрия, а также хранить их в темноте.
При хранении сточных вод, например, нефтехимиче ских предприятий следует учитывать присутствие в воде диспергированных нефтепродуктов, в капельках и плен ках которых растворяется основная часть ПАУ. В част ности, содержание 3,4-бенз-а-пирена в стоках таких предприятий может на 3—4 порядка превышать его рас творимость в чистой воде.
Для обычных, наиболее часто загрязняющих воду ве ществ применяют довольно простые и проверенные спо собы консервации и хранения проб. Однако при добавле нии к водным пробам стабилизаторов всегда необходимо всесторонне учитывать те осложнения, которые могут возникнуть при анализе из-за их применения. Что касает ся консервации сточных вод, то она вообще весьма за труднительна.
Способы консервации, особенности отбора и хране ния проб воды представлены в табл. 6.
Таблица 6 Способы консервации, особенности отбора и хранения проб воды
|
Анализируемый показатель |
Способ консервации и количество консер ванта на 1 л воды |
Максималь ное время хра нения пробы |
Особенности отбора и хранения проб |
|
Активный хлор |
Не консервируют |
Несколько минут |
— |
|
Аммиак и ио ны аммония |
Не консервируют |
2ч |
— |
228
Продолжение табл. 6
|
Анализируемый показатель |
Способ консервации и количество консер ванта на 1 л воды |
Максималь ное время хра нения пробы |
Особенности отбора и хранения проб |
|
Аммиак и ионы аммония |
То же |
I сутки |
Хранить при 4 °С |
|
2—4 мл хлороформа или 1 мл конц. H2S04 |
1—2 суток |
||
|
БПК |
Не консервируют |
Зч |
Отбирать только в стеклянные бутыли |
|
То же |
1 сутки |
Хранить при 4 °С |
|
|
Вкус и привкус |
Не консервируют |
2ч |
Отбирать только в стеклянные бутыли |
|
Водородный показатель (РН) |
Не консервируют |
При отборе пробы |
— |
|
То же |
6ч |
В бутыли не ос тавлять пузырь ков воздуха |
|
|
Гидрокарбо наты |
Не консервируют |
2 суток |
— |
|
Жесткость воды |
Не консервируют |
2 суток |
— |
|
Кальций |
Не консервируют |
2 суток |
- |
|
Железо общее |
Не консервируют |
4ч |
- |
|
2—4 мл хлорофор ма или 3 мл конц. НС1 или HN03 |
2 суток |
||
|
Запах |
Не консервируют |
2ч |
Отбирать только в стеклянные бутыли |
|
Карбонаты |
Не консервируют |
2 суток |
- |
229
Продолжение табл. 6
|
Анализируемый показатель |
Способ консервации и количество консер ванта на 1 л воды |
Максималь ное время хра нения пробы |
Особенности отбора и хранения проб |
|
Металлы тяжелые |
Не консервируют |
В день отбора |
- |
|
3 мл НС) или HN03 |
3 суток |
— |
|
|
То же |
1 месяц |
Хранить при 4 °С |
|
|
Мутность |
Не консервируют |
2ч |
Перед анализом взболтать |
|
Нефте продукты |
Не консервируют |
В день отбора |
Отбирать в стек лянные бутыли, для анализа ис пользовать всю пробу |
|
2—4 мл хлороформа |
5 суток |
- |
|
|
Экстракция на месте отбора |
1 месяц |
— |
|
|
Никель |
Не консервируют |
В день отбора |
- |
|
3 мл конц. НС1 или HN03 |
1 месяц |
Хранить при 4 °С |
|
|
Нитраты |
Не консервируют |
2ч |
- |
|
2—4 мл хлороформа |
3 суток |
Хранить при 4 °С |
|
|
Нитриты |
Не консервируют |
2ч |
- |
|
2—4 мл хлороформа |
3 суток |
Хранить при 4 °С |
|
|
ХПК |
Не консервируют |
4ч |
- |
|
10 мл H2S04 |
1 сутки |
Хранить при 4 °С |
230
Окончание табл. 6
|
Анализируемый показатель |
Способ консервации и количество консер ванта на 1 л воды |
Максималь ное время хра нения пробы |
Особенности отбора и хранения проб |
|
Окисляемость перманганат- ная |
Не консервируют |
4ч |
- |
|
50 мл раствора H2S04 (1 : 3) |
1 сутки |
Хранить при 4 °С; при. опре делении учиты вать количество прибавленной кислоты |
|
|
Пенистость |
Не консервируют |
В день отбора |
|
|
Прозрачность |
Не консервируют |
4ч |
- |
|
Растворенный кислород |
Не консервируют |
1 сутки |
— |
|
Сероводород |
Не консервируют |
1 сутки |
- |
|
Сульфаты |
Не консервируют |
7 суток |
- |
|
Сухой остаток |
Не консервируют |
В день отбора |
|
|
Сухой остаток |
2 мл хлороформа |
1—2 суток |
- |
|
Фенолы |
Не консервируют |
В день отбора |
Отбирать в стек лянные бутыли |
|
4 г NaOH |
1—2 суток |
Хранить при 4 °С |
|
|
Фосфаты |
Не консервируют |
В день отбора |
|
|
2—4 мл хлороформа |
1 сутки |
- |
|
|
Фториды |
Не консервируют |
7 суток |
Отбирать в п/э посуду |
|
Хлориды |
Не консервируют |
7 суток |
- |
|
Цветность |
Не консервируют |
В день отбора |
- |
|
2—4 мл хлороформа |
1—2 суток |
- |
231
3.5.7. Наблюдения за радиоактивным загрязнением природных вод
При проведении наблюдений за радиоактивным за грязнением природных вод для отбора и одновременного концентрирования проб глубинной воды большого объ ема используют шланговый пробоотборник «Спрут».
К гидрологическому тросу подвешивают груз, пред назначенный как для затопления пробоотборного шланга, так и для уменьшения сноса при отборе проб с дрейфую щего судна. Массу груза выбирают в зависимости от по годных условий. При штиле (или работе на заякоренном судне) достаточная масса груза составляет 20—30 кг, при сильном дрейфе ее следует увеличить.
На некотором расстоянии от груза (около 1 м) закреп ляют заборный конец пробоотборного шланга. Затем трос опускают так, чтобы заборный конец шланга оказался на уровне воды, после чего устанавливают на «Нуль» счетчик глубины. Трос и соединенный с ним шланг опускают на заданный горизонт, прикрепляя через каждые Юм шланг к тросу. По достижении горизонта спуск прекращают, а пробоотборный шланг подсоединяют к вибронасосу «Ма лыш». Насос на тросе или капроновом шнуре опускают в воду на глубину 0,5—1,0 м. К отбору пробы приступают примерно через 10 мин — время, необходимое для откач ки воды более высоких горизонтов, находящейся в шлан ге, и промывки шланга водой нужного горизонта.
Отбираемая вода по шлангу подается на фильтро вальную установку «Мидия», в абсорбер и расходомер. В фильтровальной установке используется бумажный фильтр типа «синяя лента», на который накладывается предфильтр из фильтроткани ФПП-15-1,5.
После отбора пробы оставшийся на фильтре осадок подвергают радиационному анализу, для чего могут при меняться приборы экспресс-контроля, например дози метр СРП-88 и др.
232
3.5.8. Обобщение результатов наблюдений за загрязнением природных вод
Формы обобщения результатов наблюдений за загряз нением природных вод устанавливаются специальными указаниями Росгидромета.
При обобщении материалов оценку качества воды во доемов и водотоков по гидрохимическим и гидробиологи ческим показателям осуществляют, сопоставляя результа ты измерений контролируемых показателей в отдельных пунктах с установленными нормами качества воды.
Порядок и сроки передачи данных о качестве вод, в том числе экстренной информации о высоких уровнях за грязнения, устанавливаются организациями, осуществ ляющими контроль качества вод в пунктах УГКС, на тер ритории деятельности которого проводят наблюдения, с учетом требований Росгидромета по срокам представле ния информационных материалов.
Порядок действий при обнаружении экстремальных уровней загрязнения регламентируется специальными межведомственными указаниями.
3.6. Наблюдения за загрязнением почв
Почва является наименее подвижной природной сре дой, которая, в отличие от воздуха и воды, непосредст венно не поступает в организм человека. Поэтому долгое время считалось, что антропогенное загрязнение этой среды не представляет прямой опасности для человека. Эта концепция относительной безопасности загрязнения почв предполагает их безграничную очистительную спо собность, обеспечиваемую микроорганизмами.
Вместе с тем резко возрастающие антропогенные на грузки на почву приводят к уменьшению ее способности к самоочищению и накоплению в ней персистентных ксенобиотиков, таких как полициклические ароматиче ские углеводороды, полихлорированные бифенилы, неко-
233
торые виды пестицидов. Особое место в ряду почвенных загрязнителей занимают тяжелые металлы.
Загрязнение почвы происходит различными путями: в форме атмосферных выпадений, поверхностного стока, поступления загрязняющих веществ с почвенно-грунто-выми водами, вследствие химизации сельского и лесного хозяйства, за счет коммунальных отходов, отвалов, сва лок, строительного мусора, разливов нефти и т. п.
Таким образом, почва выступает как долговременный, а порой и мощный источник вторичного загрязнения ок ружающей среды веществами, оказывающимися в конеч ном итоге либо в питьевой воде, либо в сельскохозяйст венных продуктах.
3.6.1. Обобщенная программа мониторинга загрязнения почв
При оценке степени загрязнения почв ввиду чрезвы чайно большой трудоемкости и стоимости работ не всегда нужна сплошная съемка загрязненных почв. Целесооб разнее и экономичнее прослеживать пути их воздушного и водного загрязнения, анализируя объединенные образ цы почв, отобранные на так называемых ключевых участ ках, которые расположены в секторах-радиусах преобла дающих воздушных потоков.
В основе контроля уровней загрязнения почвенного покрова лежат три основных параметра:
Ключевой участок, как правило, имеет размер 1—10 га и более. Основную долю ключевых участков при проведе-
234
нии мониторинга загрязнения почв следует располагать в направлении двух экстремальных лучей (румбов) розы ветров. При нечетко выраженной розе ветров участки должны характеризовать территорию равномерно в на правлении всех румбов розы ветров.
В пределах ключевого участка выделяют элементарные участки, размеры которых зависят от расстояния от ис точника загрязнения. Обычно руководствуются правилом: чем дальше от источника, тем больше должна быть пло щадь элементарного участка. Кроме того, в пределах оп ределенного элементарного участка выбирают рабочую (пробную) площадку, с которой отбирают пробы для со ставления смешанного почвенного образца. Если размер элементарного участка довольно велик, а почвенный покров сложен, то в пределах участка выделяют несколь ко пробных рабочих площадок (обычно 2—3). Размер и конфигурацию пробных площадок выбирают индивидуаль но—в зависимости от контурности почвенного покрова, рельефа местности, характера растительности и т. п. За рациональный размер пробной площадки обычно прини мают площадь около 1 га.
Вокруг предприятия площадки намечают следующим образом: в радиусе 1,5—2,5 км (зона наибольшей загряз ненности) по 8 направлениям — румбам (хотя и не обяза тельно строго по азимуту), в радиусе 2,5—5 км (зона зна чительного влияния) — по 10—12 румбам, в радиусе 5— 10 км (зона обычно фиксируемого влияния объекта) по 16—24 румбам. В таком случае пробные площадки ока зываются друг от друга на равномерном расстоянии — 1,5—2 км.
При сильном загрязнении вокруг мощных предприя тий в направлении господствующих ветров территорию обследуют на расстоянии до 20—30 км, а в направлении наименьшей повторяемости и силы ветров — на вдвое меньшем расстоянии.
Чтобы глубже понять взаимосвязь между характерис тиками почв, природными и хозяйственными условиями,
235
проводят предварительное рекогносцировочное обследо вание местности. Во время рекогносцировки проверяют почерпнутые из литературы и других источников сведе ния об объекте исследования, формируют личные воззре ния и закрепляют в памяти многие важные особенности объекта.
Рекогносцировочные обследования проводят марш рутным путем, более или менее подробно — в зависимос ти от природной сложности территории, степени ее изу ченности, площади и масштаба обследований. При де тальном обследовании почв вокруг единичного источника загрязнения достаточно 1—2 раза пересечь участок. При обследовании больших площадей (сельскохозяйственных угодий, местности вокруг городов и т. д.) рекогносциров ка требует значительных усилий и времени, чтобы охва тить маршрутами местность, пересекая ее по главным орографическим элементам.
В результате рекогносцировочного обследования вы являют основные ландшафтные особенности территории, общие закономерности пространственных изменений почвенного покрова, главные формы почвообразования и др. Параллельно идет ознакомление с местным фондовым материалом, сбор сведений о климате и микроклимате, погодных условиях последних лет, о статистике заболева ний населения, которые могут быть вызваны повышен ным содержанием загрязняющих веществ в окружающей среде.
При проведении исследований составляют паспорт об следуемого участка, описание пробной площадки, описа ние почвы и заполняют сопроводительный талон.
Для контроля загрязнения почв техногенными отхода ми производства отбор проб проводят один раз в 3 года. На территории детских садов, лечебно-профилактических учреждений и зон отдыха уровень загрязнения почв конт ролируется не реже двух раз в год — весной и осенью (ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактерио логического, гельминтологического анализа»).
236
3.6.2. Отбор, стабилизация и хранение проб почвы
Точечные пробы почвы отбирают методом конверта по диагонали или другим способом, следя за тем, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для исследуемых почвенных горизонтов и ключевых уча стков.
Метод конверта — наиболее распространенный способ отбора смешанных почвенных образцов и чаще всего применяется для исследования почвы гумусового гори зонта. При этом из точек контролируемого элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположе ны так, чтобы, мысленно соединив их прямыми линиями, получить изображение запечатанного конверта (длина его стороны может составлять от 2 до Юм). Обычно при изу чении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см, что соответствует длине штыка ло паты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (что по объе му соответствует примерно 0,5 л), но не менее 0,5 кг поч вы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).
Объединенную пробу почвы готовят из точечных проб. При определении в почве поверхностно-распределяющих ся веществ (ПАУ, тяжелые металлы, радионуклиды и др.) точечные пробы обычно отбирают с помощью трубчатого пробоотборника послойно на глубине 0,5 и 20 см массой до 0,2 кг. При оценке загрязнения почвы летучими соеди нениями или веществами с высокой способностью к вертикальной миграции (нитрозоаминами) пробы отбира ют по всей глубине почвенного профиля в герметично за крывающиеся емкости. При невозможности быстрого анализа на месте пробы хранят в условиях, как правило, описанных в методиках анализа.
Определенные трудности возникают при отборе почвы для радиологических исследований, что связано с пере распределением радионуклидов в ландшафтах после пос-
237
тупления их из атмосферы. Для снижения влияния релье фа, вида почв и растительности, а также для обеспечения возможности сравнения данных отбор образцов следует проводить таким образом, чтобы их радиоактивность ха рактеризовала как можно большую территорию, а места отбора были ограничены участками с горизонтальной по верхностью и минимальным стоком. Кроме того, образцы радиоактивных проб должны отбираться с открытых це линных участков с ненарушенной структурой.
При экоаналитическом контроле загрязнения почв пестицидами и минеральными удобрениями, как и во всех остальных случаях, стараются проводить анализ проб почвы на содержание остатков химикатов как можно раньше — в естественно-влажном состоянии. Если в те чение одного дня анализ провести невозможно, пробы, отобранные для определения содержания, например, хлор-органических пестицидов (ХОП), высушивают до воздуш но-сухого состояния в темном помещении. При опреде лении фосфорорганических пестицидов (ФОП) почвен ные пробы рекомендуется хранить в холодильнике без высушивания не более трех суток при температуре не вы ше 4 °С. Время хранения ФОП — не более 10 суток, а ХОП — не более 30 суток.
3.6.3. Контроль загрязнения почв пестицидами
Пестициды (от лат. pestis — зараза и caedo — убиваю) (ядохимикаты) представляют собой химические препара ты для борьбы с сорняками (гербициды), вредителями (инсектициды, акарициды, зооциды и др.) и болезнями (фунгициды, бактерициды и др.) культурных растений. В группу пестицидов также включают дефолианты и ре гуляторы роста растений. Большинство пестицидов пред ставляют собой синтетические органические вещества.
Признавая несомненный эффект химического способа борьбы с вредителями сельского хозяйства, следует учи-
238
тывать возможное побочное действие ядохимикатов на другие компоненты природных экосистем. При система тическом применении стойких высокотоксичных пести цидов, особенно в завышенных дозах, наблюдается за грязнение ими окружающей среды, что приводит к унич тожению полезных насекомых, птиц, рыб, зверей, а также отравлению людей непосредственно пестицидами или продуктами, в которых они способны накапливаться.
Использование пестицидов регламентируется законо дательством во всех странах. В Российской Федерации широко используют более 100 индивидуальных пестици дов, при этом гидрометеослужбы и агрохимические служ бы контролируют остаточное содержание в почве только около 30 видов пестицидов.
При подготовке к наблюдению за загрязнением почв пестицидами в полевых условиях необходимо изучить имеющийся материал о физико-географических парамет рах объекта исследования, длительности применения пес тицидов в хозяйствах изучаемого объекта; выявить так на зываемые выборочные хозяйства — наиболее интенсивно (по объему) применявшие ядохимикаты в течение послед них 5—7 лет; проанализировать материалы об урожайнос ти сельскохозяйственных культур и т. д.
Исследование загрязнения почв пестицидами прово дят на постоянных и временных пунктах наблюдений. Постоянные пункты создают в различных хозяйствах района обследования не менее чем на 5-летний период. Численность постоянных пунктов зависит от количества и размеров хозяйств. В их задачи входит контроль уровня загрязнения почв на территории выборочных хозяйств, а также молокозаводов, мясокомбинатов, элеваторов, пло доовощных баз, птицеферм, рыбхозов, лесхозов и т. д.
На временных пунктах наблюдения контроль за за грязнением почв ядохимикатами осуществляют в течение одного вегетационного периода или года.
В целях оценки фонового загрязнения почв пестици дами выбирают участки, удаленные от сельскохозяйствен -
239
ных угодий и промышленных предприятий, находящиеся в «буферной зоне» заповедников.
Для оценки загрязнения почв инсектицидами, герби цидами, фунгицидами, дефолиантами пробы почвы отби рают 2 раза в год: весной после сева и осенью после убор ки урожая. При установлении многолетней динамики остаточного содержания пестицидов в почве или их миг рации в системе «почва—растения» наблюдения проводят не менее 6 раз в год: фоновые — перед посевом, 2—4 раза во время вегетации культур и 1—2 раза в период уборки урожая.
Как правило, в каждом хозяйстве обследуют 8—10 по лей под основными культурами. В каждом крае и области ежегодно необходимо обследовать несколько (не менее двух) хозяйств, равномерно распределенных по террито рии.
Для оценки площадного загрязнения почв обычно со ставляют смешанную пробу, в которую входят 25—30 проб (выемок), отобранных в поле по диагонали. Пробы-выем ки должны быть близки между собой по окраске, структу ре, механическому составу и т. д. Необходимо отметить, что для разных категорий местности и почвенных усло вий площади поля, загрязнение которого характеризует одна смешанная проба почвы, неодинаковы.
Пробы отбирают либо тростевым почвенным буром, который погружают в почву на глубину пахотного слоя (0—20 см), либо лопатой. Почву, попавшую в пробу из подпахотного слоя, удаляют.
Если наблюдения за загрязнением почв пестицидами проводят в садах, то пробы отбирают на расстоянии 1 м от ствола дерева.
В целях изучения вертикальной миграции пестицидов, как правило, закладывают почвенные разрезы, размеры (глубина) которых зависят от мощности почвенного слоя. Под почвенными разрезами следует понимать глубокие шурфы, пересекающие всю серию почвенных горизонтов и открывающие верхнюю часть подпочвы, т. е. неизме ненные или слабоизмененные материнские породы.
240
В выбранном месте на поверхности земли очерчивают форму шурфа — четырехугольник со сторонами, прибли зительно равными 0,8 х 1,5—2,0 (м). Одна из коротких сторон шурфа к моменту описания должна быть обраще на к солнцу. Эта стенка будет «лицевой» (рабочей), она предназначена для изучения разреза почвы.
Перед взятием проб проводят краткое описание места расположения разреза и почвенных горизонтов (их влаж ности, окраски, механического состава, структуры, сло жения, новообразований, включений, развития корневых систем, следов деятельности животных, наличия мерзло ты). Пробы отбирают на «лицевой» стороне, начиная с нижних горизонтов. С каждого генетического горизонта почвы отбирают один образец толщиной 10 см.
Отобранные любым способом простые пробы ссыпают на крафт-бумагу, затем тщательно перемешивают и квар-туют 3—4 раза. После квартования почву вновь тщательно перемешивают и делят на 6—9 частей, из центров кото рых отбирают примерно одинаковое количество почвы в полотняный мешочек или крафт-бумагу. Масса получен ной смешанной пробы должна составлять 400—500 г. Этот образец снабжают этикеткой и регистрируют в поле вом журнале, в который записывают следующие данные: порядковый номер образца, место отбора, рельеф, вид сельскохозяйственного угодья, площадь поля, дату отбо ра, кто отбирал.
Смешанные пробы почв анализируют в естествен но-влажном состоянии. Если по каким-либо причинам провести анализ в течение одного дня не представляется возможным, то пробы высушивают до воздушно-сухого состояния в защищенных от солнца местах. Из воздушно-сухого образца методом квартования в лаборатории отби рают среднюю пробу массой 200 г. Из нее удаляют корни, камни, инородные включения, затем растирают в фарфо ровой ступке и просеивают через сито с отверстиями диа метром 0,5 мм. После чего из этой пробы берут навески массой 10—50 г для химического анализа.
9-5998
241
3.6.4. Контроль загрязнения почв отходами промышленного характера
Промышленное загрязнение почв осуществляется в основном через атмосферу путем осаждения паров, аэро золей, пыли или растворенных примесей с дождем и сне гом. Основная доля загрязняющих веществ попадает в воздух из дымовых труб заводов и вентиляционных кана лов, большая часть их осаждается вблизи (1—2 км) пред приятий. Некоторая доля выбросов передвигается далее и выпадает в пределах от 3—4 до 8 км. Значительно мень ше газопылевых выбросов поглощается почвой в зоне 10—50 км.
Протяженность зоны интенсивного загрязнения и на правление движения потока загрязняющих веществ зави сят от скорости и частоты ветров данного румба (розы ветров), высоты труб, дисперсности частиц и плотности вещества, рельефа территории, растительного покрова.
В случае промышленного загрязнения почв тяжелыми металлами их основное накопление локализуется в райо не действия источника выбросов на расстоянии от 1—10 до нескольких десятков километров. С выбросами про мышленных предприятий в окружающую среду поступает в значительных количествах широкий набор элементов, причем загрязняющие вещества не всегда связаны с ос новной продукцией предприятий, а могут входить в со став примесей. Так, вблизи свинцово-плавильного завода приоритетными загрязнителями, кроме РЬ и Zn, могут быть Cd, Cu, Hg, As, Se, а около предприятий, выплав ляющих алюминий, — F, As, Be. Значительная часть вы бросов предприятий поступает в глобальный круговорот — до 50-60% Pb, Zn, Cu и до 90% Hg.
Почва служит мощным геохимическим барьером для потока загрязняющих веществ, но лишь до определенного предела. Расчеты показывают, что черноземы способны только в пахотном слое мощностью 0—20 см прочно фиксировать до 40—60 т/га свинца, подзолистые почвы — 2—6 т/га, а почвенные горизонты в целом — до 100 т/га,
242
но при этом в почве возникает острая токсикологическая ситуация.
Почва как компонент биогеоценоза во многом опреде ляет устойчивость ландшафта к закислению. Одним из главных негативных последствий загрязнения почв кис лыми осадками является повышение мобильности алюми ния, который обладает свойствами прямого и косвенного фитотоксиканта. Под влиянием кислотных осадков повы шают мобильность и другие элементы, обладающие фито-токсическими свойствами, — Mn, Zn, Cd, Co, Ni.
Компоненты кислых осадков, а также мобилизован ные в почве элементы, если они не поглощаются биотой и не связываются в нижележащих горизонтах почвы или слоях подстилающих пород, могут попасть с внутрипоч-венным стоком в систему почвенно-грунтовых и поверх ностных вод. Подобный сток может привести к закисле нию слабоминерализованных речных и озерных вод.
Выпадение кислых осадков возможно за сотни кило метров от источника загрязнения. Основной причиной их образования является выброс в атмосферу диоксида серы S02, время жизни которого составляет около 6 дней. За этот период примесь успевает мигрировать от места вы броса, и в результате происходит загрязнение значительно удаленных от предприятия территорий (трансграничный перенос).
При добыче, транспортировке, переработке и исполь зовании ежегодно теряется около 50 млн т нефти и нефте продуктов. В результате значительные территории стано вятся непригодными для сельскохозяйственного исполь зования.
В районах нефтеразработок и нефтедобычи происходит интенсивная трансформация морфологических и физико-химических свойств почвы, глубина изменения которых зависит от продолжительности загрязнения, величины и состава загрязняющих веществ нефти, ландшафтно-гео-химических особенностей территории. При этом возрас тает рН почвы, повышается общее количество углерода в 2—10 раз, углеводородов — в 10—100 раз, возникает
9*
243
специфическое техногенное осолонцевание исходных почв за счет внедрения ионов натрия в почвенно-погло-щаюший комплекс (ППК).
Обычно содержание нефти в верхнем 20-сантимет ровом слое на два порядка выше, чем фоновое содержа ние, лежащее в пределах 50 ррт. Промачивание почвы нефтью достигает 100—200 см. Для разливов нефти и нефтепродуктов характерно локальное загрязнение на расстоянии до 1—2 км от источника.
Автотранспорт, авиация, железнодорожный транс порт, коксохимические и нефтеперегонные заводы, неф тепромыслы способствуют загрязнению почвы кан церогенными веществами, среди которых особенно опас ны полиароматические углеводороды (ПАУ), например 3,4-бенз-ос-пирен, конечным резервуаром аккумуляции которого является почвенный покров (гумусовый гори зонт почв 0—50 см). При этом наблюдается тенденция увеличения содержания загрязнителя во всех природных средах. С почвенной пылью, грунтовыми водами, в ре зультате водной эрозии, с продуктами питания ПАУ пос тупают в общие биохимические циклы на суше, распрост раняясь повсеместно. Почва может фиксировать ПАУ и сохранять их, освобождая при сменах влажности, аэрации или реакции среды. Необходимо отметить, что выбросы, например, автотранспорта, обнаруживают на расстоянии 200—500 м от автомагистрали.
Перед осуществлением полевой программы наблюде ний за уровнем загрязнения почв в природных и сель скохозяйственных ландшафтах необходимо провести планирование работ, т. е. определить примерное количе ство точек отбора проб, составить схему их территори ального размещения, наметить полевые маршруты или последовательность обработки площадей, установить ка лендарные сроки исполнения задания. Помимо этого следует проверить наличие и качество топографического материала, а также тематических карт (почвенных, гео ботанических, геологических, геохимических и др.); со-
244
брать сведения об источниках загрязнения почв на об следуемой территории (расположение, используемое сы рье, объем производства, отходы), а также установить связь с учреждениями, которые заинтересованы в пред полагаемом обследовании.
При выборе участков наблюдения исходным рабочим документом служит топографическая основа определен ного масштаба (1:10 000). Контуры (схему) города, насе ленного пункта или промышленного комплекса размеща ют, как правило, в центре плана местности, который переснимается с топографической основы. Из геометри ческого центра (город, промышленный комплекс, завод и т. д.) с помощью циркуля наносят окружности радиусом 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2; 3; 4; 5; 8; 10; 20; 30; 50 см (км — в масш табе карты), т. е. обозначают зону возможного загрязне ния почв.
На подготовленный таким образом план местности наносят контуры многолетней розы ветров по 8—16 рум бам. Самый большой вектор, соответствующий наиболь шей повторяемости ветра, откладывается в подветренную сторону, его длина должна составлять 25—30 см (25—30 км в масштабе карты). Пропорционально величине этого вектора на карте откладывают остальные векторы. Таким образом, в контур, образованный розой ветров, схемати чески включается территория наибольшего загрязнения почв компонентами промышленных выбросов предприя тия. В местах пересечения осей векторов с окружностями располагаются ключевые участки, на которых закладыва ют сеть опорных разрезов, пункты и. площадки взятия проб.
После отбора нескольких простых проб почвы состав ляют объединенную пробу (как описано выше), которую отправляют на анализ в лабораторию вместе с сопроводи тельным талоном.
Наблюдения за промышленным загрязнением почв носят характер экспедиционных работ и поэтому вклю чают все мероприятия по подготовке к ним. Время про ведения экспедиционных работ и отбора проб не имеет
245
значения. Однако удобнее проводить сбор материалов в сухое время года, в период уборки урожая основных сель скохозяйственных культур, т. е. летом и в начале осени. При развернутых стационарных наблюдениях отбор проб осуществляют независимо от времени экспедиционных работ.
3.6.5. Контроль радиоактивного загрязнения почв
Почва как продукт выветривания литосферы и ее взаимодействия с атмосферой имеет определенную фоно вую радиоактивность. Искусственно повышенная радио активность почв может быть связана с различными ви дами использования радиоизотопов, включая их добычу и переработку, в том числе производство и использование ядерного оружия.
Загрязнение почв радиоактивными элементами проис ходит в основном в результате их выпадений из атмосфе ры. Наибольшая доля в радиоактивных выпадениях при ходится на стронций-90, йод-131, цезий-137, которые обнаруживаются в тканях человека. Вред, связанный с накоплением в организме радиоактивных элементов, мо жет быть индивидуальным (например, развитие рака) или генетическим, когда возрастает частота мутаций и появ ляется потомство с врожденными патологиями. Опас ность возрастает еще и потому, что радиоактивные эле менты, подобно пестицидам, концентрируются в трофи ческих цепях.
Радионуклиды с большим периодом полураспада на капливаются в поверхностном слое почвы. Это позволяет определить суммарное значение радиоактивных выпаде ний из атмосферы за продолжительный период времени.
.В результате миграции радионуклиды способны про никать в глубь почвы. Скорость такого проникновения зависит от состояния поверхности почвы и ее влажности. Глубина проникновения в легких почвах для цезия-137 может достигать 50 см, а для стронция-90 — 90—100 см.
246
Однако основное количество радионуклидов сосредоточе но в верхнем 10-сантиметровом слое почвы. Исследова ние вертикального распределения радионуклидов по про филю почвы позволяет:
Одним из методов контроля радиоактивного загрязне ния почв является метод отбора проб почв с последую щим их гамма-спектрометрическим анализом в лабора торных условиях. На обследуемом участке желательно также выполнить предварительную (полевую) гамма-ра диометрическую съемку с использованием, например, до зиметра СРП-88. Измерения рекомендуется проводить на высоте 1 м от поверхности и не ближе 2—5 м от стен строений.
Для того чтобы результаты анализа почв могли быть распространены на всю исследуемую территорию, а не характеризовали бы только место отбора пробы, послед няя должна быть представительной. Представительность отобранной пробы может быть обеспечена в том случае, если поверхность почвы в месте пробоотбора не подвер гается смыву во время ливней или паводковыми водами, а также не подвержена смещению сильными ветрами в результате эрозии. В месте отбора проб также не дол жно быть наносов почвы. Отбор проб следует проводить на открытых горизонтальных участках с ненарушенной структурой.
В зависимости от уровня загрязнения выделяют два случая отбора проб почвы:
247
В первом случае используют специальные пробоот борники цилиндрической формы диаметром 26 см. Для исследования вертикального распределения загрязне ния отобранный монолит почвы делят на слои. Тол щина первых четырех слоев должна составлять 0,5 см, следующих четырех — 1 см и последних двух слоев — 2 см.
Поскольку радионуклиды могут проникать в почву и на глубину более 10 см, для исследования их вертикаль ного распределения используют другой пробоотборник, позволяющий отбирать пробы на глубине 40—50 см и на пахотных участках. Площадь такого пробоотборника со ставляет 100 см2, а высота — 70 см. Уменьшенный диа метр этого пробоотборника объясняется тем, что для па хотных почв и глубин более 10 см изменение содержания радионуклидов в почве с глубиной значительно меньше, чем для поверхностного слоя почвы; это позволяет прово дить исследование более толстых слоев, и, следовательно, отбираемые пробы могут быть меньшего объема.
Кроме того, уменьшение диаметра пробоотборника позволяет с меньшими усилиями исключить попадание почвы из верхних слоев в нижние. Забив пробоотборник в почву, его выкапывают, разбирают на две половинки, а отобранную пробу делят на слои высотой 5 см. Пробы упаковывают в полиэтиленовые мешки и заворачивают в бумагу, снабжая этикетками с подробным описанием места отбора пробы и состояния поверхности почвы.
Для отбора образцов почв при изучении миграции ра дионуклидов в наземных экосистемах можно также закла дывать разрезы размером 70 х 150 см и глубиной 1—2 м (в зависимости от типа почв) и отбирать пробы по гори зонтали непрерывно по всему разрезу. Толщина отбирае мых для радиометрических анализов слоев не должна превышать 2—5 см.
Одновременно с радиоактивными образцами почвы отбирают и пробы растительности.
248
3.6.6. Обобщение результатов наблюдений за загрязнением почв
Содержание и характер наблюдений за уровнем за грязнения почв и их картографирование в сельских и го родских условиях имеют свою специфику. В задачи на блюдений входят:
Исходя из перечисленных задач, можно выделить сле дующие виды наблюдений:
Таким образом, при наблюдениях за уровнем загряз нения почв необходимо получить представление не толь ко о степени химического загрязнения в настоящее вре мя, но и о возможном развитии происходящих процессов, в частности в период, когда будут внедряться мероприя тия, направленные на уменьшение загрязнения почв, су-
249
щественно изменяющие водный, тепловой, солевой, био логический и другие режимы почвы.
В то же время оценка состояния и прогноз загрязне ния почв не могут базироваться только на анализах проб почв. Почва — элемент ландшафта, поэтому ее исследо вание неотделимо от изучения всех компонентов природ ного и антропогенного комплекса, всех путей накопления загрязняющих веществ в природных, сельских и город ских условиях.
Информация о загрязнении почв поступает в лабо ратории в виде сопроводительных талонов, а результаты анализа почв — в виде рабочих таблиц. По этим данным составляют справки и обзоры, а также дают так называе мую штормовую информацию. В установленные методи ками Росгидромета сроки на почвы составляют тех-нохимические карты.
3.7. Оценка состояния загрязнения окружающей среды
Оценка изменений и тенденций изменений состояния окружающей среды должна либо констатировать неблаго получное положение на той или иной территории, ука зать, чем именно оно обусловлено, и помочь определить действия, направленные на восстановление и нормализа цию положения, либо, наоборот, выявить особо благо приятные ситуации (кратковременные или долговремен ные) и природные возможности, что позволит эффективно использовать имеющиеся экологические резервы приро ды в интересах человека.
Основными показателями, характеризующими уровень антропогенного воздействия на окружающую природную среду, с использованием которых проводят оценку ее ка чества, являются:
— критические нагрузки — потоки массы загрязнения в единицу времени в объект окружающей среды;
250
— критические уровни концентраций загрязняющих веществ — максимальные значения их концентраций в окружающей среде, которые не приводят к вредным воздействиям на структуры и функции экосистем в долго временном плане.
3.7.1. Критерии качества окружающей среды
В соответствии с природоохранным законодательством Российской Федерации нормирование качества окружаю щей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения и сохранение ге нофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устой чивого развития хозяйственной деятельности. При этом под воздействием понимается антропогенная деятель ность, связанная с реализацией экономических, рекре ационных, культурных интересов и вносящая физические, химические, биологические изменения в природную сре ду. Определенная таким образом цель подразумевает на ложение граничных условий (нормативов) как на само воздействие, так и на факторы среды, отражающие и воз действие, и отклики экосистем.
Экологическое нормирование предполагает учет так называемой предельно допустимой нагрузки на экосистему (ПДЭН). Допустимой считается такая нагрузка, под воз действием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следо вательно, не вызывает нежелательных последствий у жи вых организмов и не ведет к ухудшению качества среды. Санитарно-гигиеническое нормирование подразумевает установление безопасных для здоровья населения уров ней содержания вредных веществ в объектах окружающей среды. Как экологическое, так и санитарно-гигиени ческое нормирование основано на знании эффектов,
251
оказываемых разнообразными факторами воздействия на живые организмы.
Установление нормативов качества окружающей сре ды и продуктов питания основывается на концепции по-роговости воздействия. Порог вредного воздействия — это минимальная доза вещества, при воздействии которой в организме возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология. Таким образом, пороговая доза вещества (или пороговое воздей ствие вообще) вызывает у биологического организма от клик, который не может быть скомпенсирован за счет го-меостатических механизмов (механизмов поддержания внутреннего равновесия организма).
Нормативы, ограничивающие вредное воздействие, устанавливаются и утверждаются специально уполномо ченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды, санитарно-эпидемиоло гического надзора и совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) — норма тивы, устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема (воздуха, воды), массы (пищевых про дуктов, почвы) или поверхности (кожа работающих), ко торые при воздействии за определенный промежуток вре мени практически не влияют на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.
Таким образом, санитарно-гигиеническое нормирова ние охватывает все среды, различные пути поступления вредных веществ в организм, хотя редко отражает комби нированное воздействие (одновременное или последова тельное действие нескольких веществ при одном и том же пути поступления) и не учитывает эффектов комплексного (поступления вредных веществ в организм различными путями и с различными средами — с воздухом, водой, пи щей, через кожные покровы) и сочетанного воздействия всего многообразия физических, химических и биологи-
252
ческих факторов окружающей среды. Существуют лишь ограниченные перечни веществ, обладающих эффектом суммации при их одновременном содержании в атмос ферном воздухе.
Анализ того, как изменяются с течением времени зна чения предельно допустимых концентраций, свидетельст вует об их относительности, вернее — об относительности наших знаний о безопасности или опасности тех или иных веществ. Для веществ, о действии которых не на коплено достаточной информации, могут устанавливаться временно допустимые концентрации (ВДК) — полученные расчетным путем нормативы, рекомендованные для ис пользования сроком на 2—3 года (в Приложении 1 см. значения ПДК для различных загрязняющих веществ в воздухе, воде, почве).
В публикациях иногда встречаются и другие характе ристики загрязняющих веществ. Под токсичностью пони мают способность веществ вызывать нарушения физиоло гических функций организма, что, в свою очередь, приво дит к заболеваниям (интоксикациям, отравлениям) или, в тяжелых случаях, к гибели. Фактически токсичность — мера несовместимости вещества с жизнью. Степень ток сичности веществ принято характеризовать величиной токсической дозы — количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект. Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность.
Различают среднесмертельные (ЛД50), абсолютно смертельные (ЛД100), минимально смертельные (ЛД0_10) и другие дозы. Цифры в индексе отражают вероятность (%) появления определенного токсического эффекта — в данном случае смерти — в группе подопытных живот ных. Величины токсических доз зависят от путей посту пления вещества в организм и не используются в системе нормирования.
Санитарно-гигиенические и экологические нормативы определяют качество окружающей среды по отношению
253
к здоровью человека и состоянию экосистем, но не ука зывают на источник воздействия и не регулируют его де ятельность. Требования, предъявляемые к собственно ис точникам воздействия, отражают научно-технические нор мативы. К научно-техническим нормативам относятся нормативы выбросов и сбросов вредных веществ, а так же технологические, строительные, градостроительные нор мы и правила, содержащие требования по охране окружа ющей природной среды. В основу установления научно-технических нормативов положен следующий принцип: при условии соблюдения этих нормативов предпри ятиями региона содержание любой примеси в воде, воз духе и почве должно удовлетворять требованиям санитар но-гигиенического нормирования.
Научно-техническое нормирование предполагает вве дение ограничений деятельности хозяйственных объектов в отношении загрязнения окружающей среды, иными словами, определяет предельно допустимые потоки вред ных веществ, которые могут поступать от источников воз действия в воздух, воду, почву. Таким образом, от пред приятий требуется не собственно обеспечение тех или иных ПДК, а соблюдение пределов выбросов и сбросов вредных веществ, установленных для объекта в целом или конкретных источников, входящих в его состав.
3.7.2. Оценка загрязнения атмосферного воздуха
Под качеством атмосферного воздуха понимают сово купность свойств атмосферы, определяющую степень воз действия физических, химических и биологических фак торов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в це лом. Основные критерии опасности загрязнения воздуха основаны на санитарно-гигиеническом нормативе — ПДК.
Нормативами качества воздуха определены допусти мые пределы содержания вредных веществ как в про-
254
изводственной (предназначенной для размещения про мышленных предприятий, опытных производств науч но-исследовательских институтов и т. п.), так и в селитеб ной (предназначенной для размещения жилого фонда, общественных зданий и сооружений) зонах населенных пунктов.
Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДКр3) — концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не долж на вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами ис следования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих. ПДКр3 представляет собой норматив, ограничивающий воздейст вие вредного вещества на взрослую работоспособную часть населения в течение периода времени, установлен ного трудовым законодательством.
Предельно допустимая концентрация максимальная разовая (ПДКмр) — концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыха нии в течение 20 мин рефлекторных (в том числе суб сенсорных) реакций в организме человека. ПДКмр ис пользуют при установлении научно-технических норма тивов — предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ.
Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКСС) — это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на чело века прямого или косвенного воздействия при неограни ченно долгом (годы) вдыхании. Таким образом, ПДКСС рассчитана на все группы населения и на неопределенно долгий период воздействия и, следовательно, является са-
255
мым жестким санитарно-гигиеническим нормативом, ус танавливающим концентрацию вредного вещества в воз душной среде. Именно величина ПДКСС может выступать в качестве «эталона» для оценки благополучия воздушной среды в селитебной зоне.
В табл. 7 представлены примеры различных видов пре дельно допустимых концентраций некоторых загрязните лей в воздухе.
Таблица 7
Соотношение различных видов ПДК в воздухе для некоторых веществ
|
Вещество |
ПДКСС, мг/м3 |
ПДКмр, мг/м3 |
ПДКрз, мг/м3 |
|
Азота оксид (II) |
0,06 |
0,6 |
30 |
|
Кобальта сульфат |
0,0004 |
0,001 |
0,005 |
|
4-хлоранилин |
0,01 |
0,04 |
0,30 |
Согласно действующим положениям для некоторых загрязняющих веществ в воздухе можно суммировать их вредное воздействие при наличии п таких ингредиентов соответственно с концентрациями с, и предельно допус тимыми концентрациями ПДК, (/ = 1, 2, ..., п). При этом требуется, чтобы выполнялось соотношение
пдк1 + пдк;+"'+гщ;" ■
К вредным веществам, обладающим суммацией дейст вия, относятся, как правило, вещества, близкие по хими ческому строению либо характеру влияния на организм человека, например:
256
присутствии в атмосферном воздухе не обладают эффек том суммации, т. е. их содержание в воздухе не должно превышать предельно допустимых значений концентра ций независимо от наличия других загрязнителей.
В том случае, когда отсутствуют значения ПДК, для оценки гигиенической опасности вещества можно поль зоваться значением ВДК или показателем ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ).
Уровень загрязнения атмосферы обычно описывается набором статистических характеристик для ряда конт ролируемых вредных веществ. Для оценки степени загрязнения средние (максимальные) концентрации ве ществ нормируют на величину средней (максимальной) концентрации для большого региона или на сани тарно-гигиенический норматив — ПДК.
Нормированные характеристики загрязнения атмосфе ры иногда называют индексом загрязнения атмосферы (ИЗА). В практической работе используют большое коли чество различных ИЗА. Некоторые из них основаны на косвенных показателях загрязнения, например на види мости атмосферы, коэффициенте прозрачности. ИЗА мож но разделить на две основные группы:
К единичным индексам загрязнения атмосферы относят:
— коэффициент для выражения концентрации приме
си в единицах ПДК (а), т. е. значение максимальной или
средней концентрации, приведенное к ПДК:
= с/
а пдк/
257
Этот ИЗА используют как критерий качества атмосфер ного воздуха по отдельным примесям;
— повторяемость (g) концентраций примеси в воздухе
выше заданного уровня на посту либо по постам города
за год. Это процент случаев превышения заданного уров
ня разовыми значениями концентрации примеси:
g= % • 100%,
где п — число наблюдений за рассматриваемый период; т — число случаев превышения заданного уровня разо выми значениями концентраций;
— ИЗА (/) отдельной примесью — количественная ха
рактеристика уровня загрязнения атмосферы, учитываю
щая класс опасности вещества через нормирование на
опасность S09:
где QT — среднегодовая концентрация примеси; Kt — константа для различных классов опасности веществ по приведению к степени вредности диоксида серы. Для раз личных классов опасности К( принимается равным:
|
Класс опасности |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
к, |
1,7 |
1,3 |
1,0 |
0,9 |
Расчет ИЗА основан на предположении, что на уровне ПДК все вредные вещества характеризуются одинаковым влиянием на человека, а при дальнейшем увеличении концентрации степень их вредности возрастает с различ ной скоростью, которая зависит от класса опасности ве щества. ИЗА используют для характеристики «вклада» от дельных примесей в общий уровень загрязнения атмосфе ры за данный период времени на данной территории и для сравнения степени загрязнения атмосферы различны ми веществами.
258
Разделение химических соединений на четыре класса опасности осуществляется в зависимости от токсичности (табл. 8). Учет класса опасности позволяет дифферен цированно подходить к обоснованию необходимых про филактических мероприятий (например, к мерам безо пасности при работе с различными веществами), а также предварительно оценивать сравнительную опасность воз действия тех или иных веществ на организм человека.
Таблица 8
Классы опасности химических соединений в зависимости от характеристик их токсичности
|
Показатель |
Класс опасности |
|||
|
I (чрезвычай но опасные) |
II (высокоопас ные) |
III (умеренно опасные) |
IV (малоопас ные) |
|
|
ПДКрз, мг/м3 |
Меньше 0,1 |
0,1-1,0 |
1-10 |
Больше 10 |
|
ЛД5о при введении в желудок, мг/кг мас сы тела |
Меньше 15 |
15-150 |
150-5000 |
Больше 5000 |
|
Примеры веществ |
Hg |
N02, H2S04 |
S02, пыль |
СО, NH3 |
К комплексным индексам загрязнения атмосферы относят:
— комплексный индекс загрязнения атмосферы горо
да (КИЗА) — это количественная характеристика уровня
загрязнения атмосферы, создаваемого п веществами, при
сутствующими в воздухе:
(■=1
где Ij — единичный индекс загрязнения атмосферы;
— комплексный индекс загрязнения атмосферы при
оритетными веществами — количественная характеристи
ка уровня загрязнения атмосферы приоритетными веще-
259
ствами, определяющая уровень загрязнения атмосферы в городе. Рассчитывается аналогично КИЗА.
Для оценки загрязнения атмосферного воздуха прово дят обработку данных постов наблюдений. Она может быть выполнена также по отдельным районам или в це лом по городу на основании суммирования исходных данных наблюдений на всех постах. Основными результа тами анализа экспериментальных данных помимо пере численных индексов загрязнения атмосферы являются:
Подфакельные наблюдения позволяют оценить макси мальные концентрации загрязняющих веществ при на правлении факела от предприятия на тот или иной район города. При их обработке определяют средние (макси мальные) значения концентраций на каждом из выбран ных расстояний от источника (при наличии не менее 50 случаев наблюдений), исследуют зависимость появле ния максимальных концентраций от расстояния х до ис точника выброса.
Результаты наблюдений за содержанием загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на телевизионных выш ках и других высотных сооружениях позволяют охаракте ризовать распределение концентраций примесей над го родом по высоте.
260
3.7.3. Оценка загрязнения поверхностных вод
В соответствии с санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.559—96 питьевая вода должна быть безо пасна в эпидемическом и радиационном отношении, без вредна по химическому составу и иметь приятные орга-нолептические свойства. Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, опреде ляющая ее пригодность для конкретных видов водо пользования; при этом показатели качества представ ляют собой признаки, по которым оценивают качество воды.
По санитарному признаку устанавливают микробиоло гические и паразитологические показатели воды (число микроорганизмов и число бактерий группы кишечной па лочки в единице объема). Токсикологические показатели воды, характеризующие безвредность ее химического со става, определяются содержанием химических веществ, которое не должно превышать установленных нормати вов. Наконец, при определении качества воды учитыва ют органолептические (воспринимаемые органами чувств) свойства: температуру, прозрачность, цвет, запах, вкус, жесткость.
Требования к качеству воды нецентрализованного во доснабжения определены санитарными правилами и нор мами СанПиН 2.1.4.544-96, причем нормируются запах, вкус, цветность, мутность, коли-индекс, а также указыва ется, что содержание химических веществ не должно пре вышать значений соответствующих ПДК.
Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользо вания (ПДКВ) — это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвен ного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, ухудшать гигиенические условия водопользования.
261
Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДК^,), —
это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых. В табл. 9 представлены примеры различных видов предельно допустимых кон центраций некоторых загрязнителей в воде.
Таблица 9 Соотношение различных видов ПДК в воде для некоторых веществ
|
Вещество |
ПДКвр, мг/дм3 |
ПДКВ, мг/дм3 |
|
Ртути неорганические соеди нения (по Hg) |
0,0001 |
0,0005 |
|
Аммония фторид (по фтору) |
0,05 |
0,7 |
|
Триэтаноламин |
0,01 |
1,0 |
По результатам мониторинга состояния водной среды важно определить, к какому типу водных объектов отне сены река, озеро, водохранилище, и использовать для оценки ситуации соответствующие нормативы.
В гидрохимической практике используют и метод ин тегральной оценки качества воды по совокупности нахо дящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обна ружения. В соответствии с этим методом для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рас считывают баллы кратности превышения ПДКвр — К(, повторяемости случаев превышения Ht и общий оценоч ный балл Bj. Первые два показателя являются единичны ми индексами загрязнения воды, их рассчитывают ана логично соответствующим индексам загрязнения воздуха. Общий оценочный балл представляет собой произведение этих показателей:
в, = к, • я,
262
Ингредиенты, для которых величина общего оценоч ного балла больше или равна 11, выделяют как лимити рующие показатели загрязнения (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязнения воды (КИЗВ) рассчитывают как сумму общих оценочных баллов всех учитываемых загрязняю щих веществ. По величине комбинаторного индекса за грязнения устанавливают класс загрязнения воды.
Также оценку качества воды и сравнение современно го состояния водного объекта с установленными в про шлые годы характеристиками проводят на основании ин декса загрязнения воды по гидрохимическим показателям (ИЗВ). Этот индекс, представляющий собой формальную характеристику, рассчитывают усреднением как минимум пяти индивидуальных показателей качества воды. Обяза тельны для учета следующие показатели: концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН и биологическое потребление кислорода БПК5:
изв - тж,к
где N — количество учитываемых показателей.
Чтобы охарактеризовать качество воды единой оцен кой, показатели выбирают независимо от лимитирующего признака вредности. При равенстве концентраций пред почтение отдается веществам, имеющим токсикологиче ский признак вредности.
В табл. 10 представлена классификация водных объек тов по степени их загрязнения в зависимости от значений гигиенических показателей качества воды.
Для совокупной оценки опасных уровней загрязнения водных объектов при выделении зон чрезвычайной эко логической ситуации и экологического бедствия исполь зуют формализованный суммарный показатель химическо го загрязнения (ПХЗ-10). Этот показатель особенно важен для территорий, где загрязнение наблюдается сразу по не скольким химическим веществам, каждое из которых многократно превышает ПДК.
263
Расчет ПХЗ-10 производят по десяти соединениям, максимально превышающим ПДК, по следующей формуле:
Пдк; + пдЩ + пдЩ+-+пдк10'
где с — концентрация химических веществ в воде.
При определении ПХЗ-10 для химических веществ, по которым «относительно удовлетворительный» уровень за грязнения воды определяют как их «отсутствие», отноше ние с/ПДК условно принимают равным единице. Для установления ПХЗ-10 рекомендуется проводить анализ воды по максимально возможному числу показателей.
Таблица 10
Гигаеническая классификация водных объектов по степени загрязнения
|
Степень загрязнения |
Органолептиче-ские свойства |
Токсико логиче ские свойства |
Санитарный режим |
Бактерио логические показатели |
Индекс загрязнения |
|||
|
Запах, при вкус (в баллах) |
пдкорг> степ. превыш. |
ПДК™^ степ, пре выш. |
БПК, мг/дм3 |
Раств. о* мг/дм3 |
Число бактерий группы кишеч ной палочки |
|||
|
I, II KB* |
I, II KB |
I, II KB |
I, II KB |
I, II KB |
I KB |
II KB |
||
|
Допусти мая |
2 |
1 |
1 |
3-6 |
4 |
<104 |
<1-104 |
0 |
|
Умеренная |
3 |
4 |
3 |
6-8 |
3 |
>104-105 |
>104- ю5 |
1 |
|
Высокая |
4 |
8 |
10 |
8-10 |
2 |
>105-106 |
>105-106 |
2 |
|
Чрезвы чайно вы сокая |
> 4 |
> 8 |
100 |
> 8-10 |
1 |
>106 |
>106 |
3 |
* KB — категория водопользования. К категории I водопользования от носятся водные объекты, используемые для хозяйственно-питьевых целей; к категории II — водные объекты, используемые для культурно-бытовых целей, а также расположенные в черте населенных мест.
264
3.7.4. Нормирование выбросов (сбросов)
Научно-технические нормативы воздействия на окру жающую среду разрабатывают для хозяйственных объек тов с указанием предельно допустимых выбросов и пре дельно допустимых сбросов.
Предельно допустимый выброс (ПДВ) — масса вещест ва в отходящих газах, максимально допустимая к выбросу в атмосферу в единицу времени; ПДВ устанавливают для каждого источника загрязнения атмосферы (и для каждой примеси, выбрасываемой этим источником) таким обра зом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников города или другого насе ленного пункта с учетом перспективы развития промыш ленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превы шающую их ПДКмр; основные значения ПДВ — макси мальные разовые — устанавливают при условии полной нагрузки технологического и газоочистного оборудования и их нормальной работы.
Наряду с максимальными разовыми (контрольными) значениями ПДВ (в г/с) устанавливают производные от них годовые значения ПДВГ (в т/г) для отдельных источ ников и предприятия в целом с учетом временной нерав номерности выбросов, в том числе во время планового ремонта технологического и газоочистного оборудования.
Если значения ПДВ по причинам объективного харак тера не могут быть достигнуты, для таких предприятий устанавливают значения временно согласованных выбро сов вредных веществ (ВСВ) и вводят поэтапное снижение показателей выбросов вредных веществ до значений, ко торые обеспечивают соблюдение ПДВ.
Экологический мониторинг может решать задачи оцен ки соответствия деятельности предприятия установлен ным значениям ПДВ или ВСВ путем определения кон центраций загрязняющих веществ в приземном слое возду ха (например, на границе санитарно-защитной зоны).
265
Основным нормативом сброса загрязняющих веществ, установленным в Российской Федерации, является пре дельно допустимый сброс (ПДС) — масса вещества в сточ ных водах, максимально допустимая к отведению с уста новленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества во ды в контрольном пункте; ПДС — предел по расходу сточных вод и концентрации содержащихся в них приме сей — устанавливают с учетом ПДК веществ в местах во допользования (в зависимости от вида водопользования), ассимилирующей способности водного объекта, перс пектив развития региона и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды.
ПДС устанавливают для каждого источника загрязнения и каждого вида примеси с учетом их комбинированного воздействия. В основе определения ПДС (по аналогии с ПДВ) лежит методика расчета концентраций загрязняю щих веществ, создаваемых источником в контрольных пунктах — расчетных створах, с учетом разбавления, «вклада» других источников, перспектив развития (проек тируемые источники) и т. д.
Общий принцип установления ПДС — величина ПДС должна гарантировать достижение установленных норм качества воды (санитарных и рыбохозяйственных) при наихудших условиях для разбавления в водном объекте.
При сбросе сточных вод или других видах хозяйствен ной деятельности, влияющих на состояние водных объек тов, используемых для хозяйственно-питьевых и культур но-бытовых целей, нормы качества поверхностных вод (или их природный состав и свойства — в случае природ ного превышения этих норм) должны выдерживаться на водотоках начиная со створа, расположенного на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория на-
266
селенного пункта и т. п.), вплоть до самого места водо пользования, а на водоемах — на акватории в радиусе 1 км от пункта водопользования. Ближайшие пункты во допользования определяют органы санитарно-эпидеми ологической службы.
При сбросе сточных вод или других видах хозяйствен ной деятельности, влияющих на состояние рыбохозяй-ственных водотоков и водоемов, нормы качества по верхностных вод (или их природный состав и свойства в случае природного превышения этих норм) следует со блюдать на протяжении всего участка водопользования начиная с контрольного створа, т. е. не далее чем в 500 м от места сброса сточных вод или расположения других источников загрязнения поверхностных вод (мест добычи полезных ископаемых, производства работ на водном объекте и т. п.).
Для сброса сточных вод в черте населенного пункта в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод» ПДС устанавливают исходя из отнесения нормативных требований к самим сточным водам. При этом следует руководствоваться тем, что использование водных объек тов в черте населенных мест относится к категории ком мунально-бытового водопользования.
В случае если значения ПДС по объективным причи нам не могут быть достигнуты, для таких предприятий ус танавливают временно согласованные сбросы вредных ве ществ (ВСС) и вводят поэтапное снижение показателей сбросов вредных веществ до значений, которые обеспечи вают соблюдение ПДС.
3.7.5. Оценка загрязнения почв
В нашей стране был установлен лишь один норматив, определяющий допустимый уровень загрязнения почвы вредными химическими веществами, — ПДК для пахот ного слоя почвы. Принцип нормирования содержания
267
химических соединений в почве основан на том, что они поступают в организм преимущественно через контак тирующие с почвой среды. Основные понятия, касаю щиеся химического загрязнения почв, определены ГОСТ 17.4.1.03—84 «Охрана природы. Почвы. Термины и опре деления химического загрязнения».
Предельно допустимая концентрация в пахотном слое почвы (ПДКд) — это концентрация вредного вещества в верхнем, пахотном, слое почвы, которая не должна ока зывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и на здоровье чело века, а также на самоочищающую способность почвы. Нормативы ПДКП разработаны для веществ, которые мо гут мигрировать в атмосферный воздух или грунтовые во ды, снижать урожайность или ухудшать качество сельско хозяйственной продукции.
Оценку уровня химического загрязнения почв насе ленных пунктов проводят по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и гигиенических иссле дованиях окружающей среды городов. Такими показате лями являются коэффициент концентрации химическо го элемента Кс и суммарный показатель загрязнения Zc. Коэффициент концентрации Кс определяют как отно шение реального содержания элемента в почве с к фоно вому сф:
Кс=±.
Поскольку часто почвы загрязнены сразу несколькими элементами, то для них рассчитывают суммарный показа тель загрязнения Zc, отражающий эффект воздействия группы элементов:
i= 1
где Kci — коэффициент концентрации /-го элемента в пробе; п — число учитываемых элементов.
268
Суммарный показатель загрязнения может быть опре делен для всех элементов в одной пробе и для участка территории по геохимической выборке. Оценка опаснос ти загрязнения почв комплексом элементов по показате лю Zc проводится по оценочной шкале (табл. 11), града ции которой разработаны на основе изучения состояния здоровья населения, проживающего на территориях с раз личным уровнем загрязнения почв.
Таблица 11
Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю
|
Категория загрязнения почв |
Величина |
Изменение показателей здоровья населения в очагах загрязнения |
|
Допустимая |
Меньше 16 |
Наиболее низкий уровень заболева емости детей и минимум функциональ ных отклонений |
|
Умеренно опас ная |
16-32 |
Увеличение общего уровня заболева емости |
|
Опасная |
32-128 |
Увеличение общего уровня заболева емости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционирования сер дечно-сосудистой системы |
|
Чрезвычайно опасная |
Больше 128 |
Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение случаев токсикоза при беременности, прежде временных родов) |
Информацию о загрязнении почв рекомендуется со поставлять с интегральными биологическими показателя ми, характеризующими качество почв, такими как фер ментативная активность, активность и распространение почвенных организмов.
269
3.7.6. Оценка пространственных масштабов загрязнения
Результаты комплексного обследования загрязнения природной среды для установленных приоритетных загрязняющих веществ анализируют в табличной или гра фической форме или в виде карт-схем, на основании ко торых могут быть оценены пространственное распределе ние, масштабы и интенсивность загрязнения в обследуе мом районе.
Если при проведении рекогносцировочных или де тальных исследований в изучаемых объектах окружающей среды было определено содержание загрязняющих ве ществ на различном расстоянии от источника загрязне ния, то на основании полученных данных могут быть установлены закономерности убывания концентраций по мере удаления от источника, в частности с помощью графиков в логарифмическом или полулогарифмичес ком масштабе. Установленные закономерности позволя ют оценить изменение концентраций вредных примесей на участках территории обследуемого района, не охвачен ных непосредственными измерениями.
При нанесении на карту-схему района результатов мо ниторинга почвенного и снежного покровов и других объектов природной среды, когда отбор проб производят по единой пространственной сетке, близкие значения концентраций загрязняющих веществ соединяют изоли ниями. На карту-схему также наносят основные пути миграции загрязняющих веществ.
На основании полученного пространственного распре деления концентраций загрязняющих веществ устанавли вают зоны влияния различных источников загрязнения, включая свалки промышленных отходов, выделяют при родные среды и объекты, являющиеся накопителями вредных веществ и возможными источниками вторичного загрязнения.
Построенные карты-схемы распределения концентра ций загрязняющих веществ в природных средах вместе с
270
данными об оценках их накопления и миграции в окру жающей среде сопоставляют с картами-схемами, полу ченными в результате экологических исследований. На основании такого сопоставления данных о пространс твенном распределении вредных примесей с данными об угнетении растительности, деградации почвы и измене нии качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям делают выводы о воздействии загрязнения на природные экосистемы обследуемого района.
С учетом хозяйственного использования природной среды и влияния загрязнения на население выявляют сре ду, уровень загрязнения которой является наиболее высо ким. Эта среда может считаться приоритетной в отноше нии первоочередности природоохранных мероприятий и мероприятий по усовершенствованию системы монито ринга.
Оценки, полученные в результате комплексного об следования, служат основанием для разработки рекомен даций по природоохранным мероприятиям.
3.8. Основы прогнозирования загрязнения окружающей природной среды
Прогнозирование состояния окружающей природ ной среды должно основываться на результатах иссле дований, выявляющих закономерности природных про цессов, распространения и миграции загрязняющих ве ществ, их превращений и влияния на состояние биосферы, реакции различных организмов на измене ния ее состояния.
На первом этапе необходимо прогнозировать: изме нение интенсивности источников различных воздействий и загрязнений, факторы воздействия в природной среде (например, общее количество загрязняющих веществ в различных средах), их распределение в пространстве, из менение их свойств и концентраций во времени. Для со-
ставления такого прогноза необходимо иметь данные о планах деятельности человека.
Следующий этап — прогноз возможных изменений в биосфере, в ее биотической составляющей под воздейст вием уже имеющихся в природе загрязнений (и других факторов воздействия), а также вновь поступающих или появляющихся.
3.8.1. Основные виды прогнозов и методы прогнозирования
В зависимости от продолжительности упреждаемого периода прогнозы состояния окружающей среды, как и другие виды прогнозов, делят на долгосрочные, средне срочные и краткосрочные. Особенность прогнозирования состояния окружающей среды состоит в том, что прогноз дают не на конкретный промежуток времени, а на конк ретную ситуацию, которая может возникнуть в будущем. По масштабу исследования все прогнозы можно подраз делить на:
Прогнозы состояния окружающей природной среды, как правило, охватывают множество объектов и лишь в некоторых случаях могут быть отнесены к одному объ екту или нескольким объектам соизмеримых масшта бов.
На достоверность прогноза существенное влияние оказывает метод прогнозирования. Существует три основ ных метода прогнозирования: экспертных оценок, экс траполяции и моделирования.
272
Метод экспертных оценок относится к числу наибо лее разработанных. В основе метода лежит система получения и специализированной обработки прогнос тических оценок объекта мониторинга путем целенаправ ленного опроса высококвалифицированных специалис тов-экспертов в узких областях науки, техники и про изводства.
МЕТОДЫ ЭКСТРАПОЛЯЦИИ применяют выборочно, в ос новном для составления краткосрочных прогнозов. Они основаны на изучении количественных и качественных показателей исследуемого природного объекта за ряд предшествующих лет с последующим приложением выяв ленной тенденции их изменения к прогнозируемому пе риоду. Данные методы применимы в том случае, когда развитие ситуации в течение длительного времени проис ходит без значительных скачкообразных изменений.
Методы моделирования пользуются в настоящее время наибольшей популярностью, их применяют для состав ления самых разнообразных прогнозов. Существуют ме тоды физического и математического моделирования, по следние находят гораздо большее применение вследствие более широких возможностей. При создании прогности ческой модели требуется выполнение трех основных ус ловий:
воды и воздуха построены с помощью методов математи ческого моделирования, причем модели все более услож няются; с увеличением объема информации все шире ис пользуют компьютеры. Однако какой бы сложной ни бы ла модель, она всегда упрощает объект, поэтому особенно
10-5998
273
успешно методы математического моделирования ис пользуют для прогнозирования состояния отдельных ком понентов природной среды.
При прогнозировании экологических последствий антропогенного загрязнения природной среды модели удобно подразделять на:
Глобальные и региональные модели загрязнения при родных сред позволяют прогнозировать изменение со стояния природных геофизических сред с учетом процес сов переноса, перехода загрязняющих веществ из одной среды в другую, их накопления, а также физической, химической и биологической трансформации и деструк ции.
Прогнозирование сдерживается целым рядом обсто ятельств. Прежде всего нужно учитывать, что в любых ре альных природных процессах присутствуют три состав ляющие:
Специфика прогнозирования состояния окружающей среды заключается в том, что в подавляющем большинст ве случаев приходится сталкиваться с вероятностными и случайными составляющими процесса развития, что при ближает качество прогнозов к уровню гипотез (в наиболь шей степени это относится к глобальным прогнозам). Кроме того, при составлении прогнозов приходится стал-
274
киваться как с естественными, так и с социально-эконо мическими процессами. Их точный совместный учет, а тем более прогнозирование представляют чрезвычайно сложную методологическую задачу.
Из сказанного следует, что необходимо совершенство вать существующие методы прогнозирования, усложнять модели, а также уточнять прогнозы.
3.8.2. Прогноз загрязнения атмосферы
В связи с высокой насыщенностью городов источни ками загрязнения уровень загрязнения атмосферного воз духа в них, как правило, существенно выше, чем в приго родах и тем более в сельской местности. В отдельные пе риоды, неблагоприятные для рассеивания выбросов, концентрации вредных веществ могут резко возрасти от носительно среднего или фонового городского значения. Частота и продолжительность периодов повышенного за грязнения атмосферного воздуха зависят от режима вы бросов вредных веществ (разовых, аварийных и др.), а также от характера и продолжительности метеоусловий, способствующих повышению концентрации примесей в приземном слое воздуха.
Во избежание повышения уровня загрязнения атмос ферного воздуха при неблагоприятных для рассеивания вредных веществ метеорологических условиях необходи мо прогнозировать и учитывать эти условия. Помимо ме теопараметров на распространение примесей в атмосфере оказывают влияние характеристики источников выбро сов, в частности их высота, а также температура отходя щих газов. Обычно выделяют три типа источников вы бросов загрязняющих веществ: высокие с горячими (теп лыми) выбросами, высокие с холодными выбросами и низкие.
Также при прогнозировании загрязнения воздуха в го родах необходимо учитывать наличие и плотность за-
ю*
275
стройки. При переносе примесей в районы плотной застройки или в условиях сложного рельефа их концент рации могут повышаться в несколько раз.
Для характеристики загрязнения атмосферного возду ха по городу в целом в качестве обобщенного показателя используют параметр Р:
Р= М
N'
где ./V — количество наблюдений примеси в городе в тече ние одного дня на всех стационарных постах; М — коли чество наблюдений в течение того же дня с повышенной концентрацией примеси, превышающей среднее сезонное значение более чем в 1,5 раза.
Параметр Р рассчитывают для каждого дня как по отдельным примесям, так и по всем загрязнителям вмес те. Этот параметр является относительной характеристи кой, и его значение определяется главным образом метео рологическими факторами, оказывающими влияние на состояние атмосферного воздуха на всей территории го рода.
Методика предсказания вероятного роста концентра ций вредных веществ в воздухе города предусматривает использование прогностической схемы загрязнения, ко торую разрабатывают для каждого города на основании опыта многолетних наблюдений за состоянием атмосфе ры. Общие принципы построения прогностических схем следует рассмотреть несколько подробнее.
Оперативное прогнозирование загрязнения атмосфер ного воздуха проводят с целью кратковременного сокра щения выбросов вредных веществ в периоды неблагопри ятных метеорологических условий. Обычно составляют два вида прогноза загрязнения атмосферного воздуха по городу: предварительный (на сутки вперед) и уточненный (на 6—8 ч вперед, в том числе на текущий день, днем — на вечер и ночь).
276
О возможном формировании высокого уровня загряз нения атмосферы от одиночных (групповых) источников и по городу в целом составляют два вида предупрежде ний, которые передаются местными органами Росгидро мета контролирующим органам и организациям, пред приятиям, оказывающим влияние на формирование за грязнения. Предупреждения составляют не ранее чем за 24 ч до ожидаемого роста концентраций загрязняющих веществ с учетом возможного наступления неблагоприят ных метеоусловий. В тексте передаваемого потребителям предупреждения о загрязнении необходимо указывать на звания объектов, которым дается предупреждение, и пе риод времени, когда ожидается возрастание уровня за грязнения.
В период действия предупреждения контролирующи ми органами осуществляется оперативное наблюдение за метеопараметрами, состоянием загрязнения атмосферно го воздуха, источниками выбросов. Оперативно контро лируются до исчезновения опасной ситуации такие ме теопараметры, как скорость ветра и его направление у земли и в нижнем слое атмосферы до высоты 500 м, вер тикальное распределение температуры воздуха на различ ных уровнях, характер развития слоя инверсии.
Состояние загрязнения атмосферного воздуха контро лируют на стационарных постах не реже, чем через 3 ч при отборе разовых проб, а при использовании автомати ческих газоанализаторов показания снимают не реже чем через 1 ч.
Контроль источников загрязнения осуществляют:
277
ных постах, находящихся в зоне влияния факела (факе лов) источников выбросов.
Результаты сопоставляют с расчетными данными для реальной синоптической ситуации.
3.8.3. Прогноз загрязнения водных ресурсов
Используя систему ПДК загрязняющих веществ, на реке ниже сброса сточных вод можно выделить участок с существенным влиянием и участок с несущественным влиянием сточных вод на качество речной воды. Послед ний характеризуется невысокой концентрацией вредных примесей, режим колебаний которых близок к естествен ному, т. е. очень мало зависит от режима сброса сточных вод. Концентрация любого загрязняющего вещества на участке с незначительным загрязнением в 80% случаев не должна превышать ПДК.
Подавляющая часть информации о загрязнении реч ной воды, накопленной гидрологическими службами, от носится к участкам рек с существенным влиянием сточ ных вод. В связи с этим при прогнозировании загрязне ния в первую очередь рассматривают створы наблюдений и створы водопользования, расположенные на участках с существенным влиянием сточных вод на качество воды.
Изменение концентрации загрязняющих веществ в во дотоках прямо или косвенно зависит от изменения расхо да и температуры воды. Снижение (а в отдельных случаях и повышение) расхода и температуры воды до некоторых неблагоприятных для данного водного объекта значений может привести к опасным явлениям, поэтому прогнози рование степени загрязнения речной воды следует вести, ориентируясь в первую очередь на изменения этих пара метров.
Результаты оперативного прогнозирования загряз нения речной воды зависят от заблаговременного прогно-
278
зирования гидрометеорологических данных. Исходя из существенных возможностей прогнозирования этих пара метров и учитывая, что для принятия мер по предотвра щению или уменьшению возможных последствий опасных явлений необходим некоторый резерв времени, прогнозы ухудшения качества воды рек следует давать заблаговре менно (на месяц вперед) с последующим уточнением да ты начала наступления неблагоприятных условий.
Из других возможных неблагоприятных условий на ибольшую опасность для речных вод представляют аварий ные сбросы сточных вод. Они могут произойти в результа те эксплуатации на грани аварии различных накопителей сточных вод, эксплуатации очистных сооружений с превы шением их проектной мощности, загрязнения водосбросов отходами промышленных предприятий.
Оперативное прогнозирование при этом заключается:
В связи с большим разнообразием как режима загряз нения речных вод и показателей воды, так и объема гид рохимических наблюдений трудно предусмотреть все воз можные способы составления оперативных прогнозов из менения степени загрязнения речной воды. Поэтому методы прогноза должны быть согласованы с Гидрометео службой Российской Федерации.
279
Прогноз минимальных, а при необходимости и макси мальных значений расхода и температур речной воды, а также наибольшей толщины льда на рассматриваемом участке реки заблаговременно (на месяц вперед) осу ществляют отделы гидропрогнозов.
Вся необходимая прогнозная информация об ожидае мых в очередном месяце года количествах сбрасываемых в реку загрязняющих веществ должна по соответствую щей договоренности передаваться через муниципальную администрацию или непосредственно от промышленных предприятий 25 числа каждого месяца.
На основании указанных в гидрометеорологических прогнозах данных, сведений о планируемом сбросе сточ ных вод и оценки возможных аварийных ситуаций каж дый месяц составляют прогноз степени загрязнения воды на контролируемом участке реки. В случаях, когда по прогнозу ожидаются опасные уровни загрязнения, про гноз выпускают в форме предупреждения всем заинтере сованным организациям.
Мониторинг загрязнения окружающей среды — это наблюдение за антропогенным воздействием на нее в пространстве и времени, а также оценка и прогноз его последствий. Объектами изучения в системе мониторинга являются воздух, вода и почва. Помимо наблюдений за загрязнением окружающей среды химическими вещества ми отслеживают также факторы физического воздейст вия: радиоактивное и электромагнитное излучения, шу мовые поля и т. д. Для этих целей в Российской Феде рации создана Государственная служба наблюдения за состоянием окружающей природной среды и разработана Единая государственная система экологического монито ринга.
Для проведения исследований в системе мониторинга используют контактные и дистанционные методы наблю дений: оптические, электрохимические, хроматографиче-ские. Наряду с химическими и физическими методами
280
оценку состояния окружающей среды проводят с исполь зованием биологических методов — биотестирования и биоиндикации.
Мониторинг состояния атмосферного воздуха осу ществляют на стационарных и передвижных постах на блюдения. Мониторинг загрязнения водных объектов проводят в стационарных и передвижных лабораториях. В обоих случаях исследования проводят по специально разработанным программам с обязательным учетом ме теорологических условий и гидрометеопараметров. На блюдения за загрязнением почв носят экспедиционный характер либо осуществляются стационарно.
Полученная информация является государственной собственностью, однако должна быть доступной для всех заинтересованных предприятий, организаций, органов управления, средств массовой информации и обществен ности.
Результаты мониторинга служат для оценки качества природных сред по единичным и комплексным показате лям и выявления зон с неблагоприятной экологической ситуацией и зон экологического бедствия. Также на осно вании результатов мониторинга осуществляют прогноз состояния окружающей среды и вырабатывают рекомен дации по снижению уровня загрязнения и совершенство ванию системы мониторинга.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Q Каковы основные цели, задачи и уровни мониторинга?
Q Каковы структура и задачи Единой государственной системы эко логического мониторинга?
© Каковы структура и задачи Государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды?
Q Какие загрязняющие вещества являются приоритетными? Почему?
© Какие оптические методы используют для контроля загрязнения природной среды?
281
0 Какие электрохимические методы используют для контроля за грязнения природной среды?
Q Какие хроматографические методы используют для контроля за грязнения природной среды?
0 Что такое дистанционные методы наблюдений?
Q Что такое биологический мониторинг?
Ф Что такое представительная проба?
ф Какие виды пробоотбора и виды проб вы знаете?
ф Как осуществляют отбор проб воздуха в жидкие среды?
ф Как осуществляют отбор проб воздуха на твердые сорбенты?
Ф Какие категории постов используют для наблюдений за загрязне нием атмосферного воздуха в городах?
ф Для каких целей служат эти посты?
ф Каковы программы наблюдений на этих постах?
ф Как осуществляют наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта?
ф Как осуществляют наблюдения за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха?
ф Что представляет собой мониторинг снежного покрова?
ф Для чего осуществляют наблюдения за фоновым состоянием ат мосферы?
ф Каким образом организована сеть наблюдений за загрязнением поверхностных вод?
ф Какие категории пунктов контроля качества поверхностных вод вы знаете?
ф По каким программам осуществляют работу эти пункты?
ф Как отбирают пробы воды и донных отложений?
ф Каким образом осуществляют наблюдения за загрязнением мор ских вод?
ф Для чего и каким образом стабилизируют (консервируют) пробы воды?
ф Что представляют собой комплексные лаборатории качества воды?
ф Как осуществляют наблюдения за радиоактивным загрязнением природных вод?
ф Как отбирают пробы почвы?
ф Как осуществляют контроль загрязнения почв пестицидами?
ф Как осуществляют наблюдения за загрязнением почв загрязните лями промышленного происхождения?
ф Как осуществляют наблюдения за радиоактивным загрязнением почв?
282
Ф Какие единичные и комплексные показатели качества воздуха вы знаете?
ф Какие единичные и комплексные показатели качества воды вы знаете?
ejji Какие единичные и комплексные показатели качества почв вы знаете?
ф Какие виды прогнозов используют в системе мониторинга?
ф Какие методы прогнозирования используют в системе монито ринга?
ф Как прогнозируют качество атмосферного воздуха?
ф Как прогнозируют качество поверхностных вод?
Глава 4
ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
К настоящему времени в России и в мире разработано большое количество разнообразных приборов контроля со стояния окружающей среды. Ниже дано описание наибо лее употребляемых в практике экологических приборов. Несмотря на то что предлагаемая автором классификация не претендует на их полный охват, она соответствует целям настоящего учебника и позволяет ориентироваться в большом многообразии экологического оборудования. Классификация проведена по следующим признакам.
По видам изучаемой среды:
По методам получения информации:
284
По условиям применения приборов:
По учебно-производственному принципу (наиболее важ ному, с точки зрения автора):
285
4.1. Сведения по метрологии
Метрология — наука о мерах. Современная метроло гия — это учение о единицах, средствах и методах изме рения. Одна из основных задач метрологии — поверка и испытание мер и измерительных приборов для установле ния точности и надежности их действия.
Величина — это количественная характеристика физи ческого тела, явления или процесса.
Измерения — это действия, выполняемые с помощью средств измерения; цель измерений — нахождение число вого значения измеряемой величины в принятых едини цах измерения.
Единица измерения — это значение физической вели чины, принятой за основание для сравнения при коли чественной оценке величины того же рода (например, метр — единица длины).
Совокупность единиц измерения, охватывающих оп ределенную область величин, называется системой еди ниц.
В Российской Федерации принята Международная система единиц (СИ). Основными единицами измерения экологических показателей в системе СИ являются метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина, свеча, а до полнительными — радиан и стерадиан.
Непосредственно измерять можно только очень не многие величины (например, высоту уровня — линейкой, промежутки времени — секундомером, температуру — термометром, силу тока — амперметром и т. д.). Измере ния, при которых искомое значение величины определя ют сравнением ее с мерами или показаниями прибора, градуированного в тех же единицах измерения, называют прямыми измерениями. Измерения, при которых значение величины вычисляют по результатам прямых измерений одной или нескольких величин, связанных с искомой ве личиной определенной зависимостью — формулой, назы вают косвенными измерениями. Например, прямое измере-
286
ние диаметра круга (аппарата, емкости) позволяет вычис лить площадь круга (аппарата, емкости) и окружность по известным математическим формулам.
Измерения бывают контактные и бесконтактные. При контактном измерении датчик измерительного устройства соприкасается с измеряемым объектом, а при бесконтакт ном — не соприкасается. К бесконтактным измерениям относятся оптические, радиоактивные и др. Контакт с из меряемым объектом может быть точечный, линейный и поверхностный.
В табл. 12 приведены обозначения основных контро лируемых и регулируемых параметров, принятых в систе мах автоматизации технологических процессов.
Таблица 12 Контролируемые и регулируемые параметры
|
Контролируемый параметр |
Обозна чение |
Регулируемый параметр |
Обозна чение |
|
Температура |
/ |
Концентрация |
с |
|
Давление |
Р |
Частота вращения |
п |
|
Объемный расход |
Положение (перемещение) |
||
|
или количество |
G |
регулирующего органа |
S |
|
Уровень |
Н |
Количество теплоты |
Q |
|
Влажность |
В |
Линейное перемещение |
|
|
Плотность |
Р |
и длина |
L |
|
Вязкость динамическая |
Т) |
Доза радиоактивного |
|
|
Вязкость кинематическая |
V |
излучения |
D |
Средства измерения
Средства измерения подразделяют на меры, контроль но-измерительные приборы и измерительные приспособ ления.
Мерами называют тела, вещества и устройства, пред назначенные для конкретного воспроизведения единицы измерения или определенного, заранее установленного, размера.
287
Контрольно-измерительные приборы — это устройства, которые служат для прямого или косвенного сравнения измеряемой величины с мерой.
Измерительные приспособления обеспечивают сравне ние измеряемой величины с контрольной.
Контрольно-измерительные приборы классифициру ют по:
По способу получения результатов изме рения различают приборы сравнения (компарирую-щие), показывающие и суммирующие (интегрирующие).
Приборы сравнения (компарирующие) предназначены для непосредственного сравнения измеряемой величины с мерой. К ним относятся, например, рычажные весы с гирями, лабораторные потенциометры и мосты и др.
Показывающие приборы определяют значение измеряе мой величины (например, давление, температуру) по от-счетным приспособлениям: шкале, цифровому указателю и другим, предварительно проградуированным путем пря мого или косвенного сравнения с мерами. Это наиболее многочисленный класс приборов.
Суммирующие (интегрирующие) приборы показывают суммарное значение измеряемой величины за время дей ствия прибора (например, расходомеры-паромеры).
По способу отсчета показаний и харак теру применения различают приборы с непосредст венным отсчетом и с управляемым отсчетом.
Приборы с непосредственным отсчетом дают показания автоматически, без участия наблюдателя (амперметры, термометры, автоматические потенциометры и др.).
Приборы с управляемым отсчетом требуют для получе ния отсчета некоторых операций по наладке и регулиров ке их отсчетных устройств (неавтоматические мосты, оп тические пирометры и др.).
288
По характеру применения измерительные приборы подразделяют на указывающие, самопишущие (регистри рующие), сигнализирующие и регулирующие.
Указывающие приборы дают возможность наблюдателю производить отсчет измеряемой величины только в дан ный момент.
Самопишущие приборы снабжены устройствами для ав томатической записи измеряемых величин.
Сигнализирующие приборы имеют специальные приспо собления для включения звуковой или световой сигнали зации, когда измеряемая величина достигает определен ного заданного значения.
Регулирующие приборы поддерживают значение изме ряемой величины — параметра — на заданном уровне или по заданной программе в соответствии с требованиями технологического процесса (например, регуляторы уров ня, температуры и др.).
По метрологической классификации меры и измери тельные приборы делят на образцовые и рабочие. Образ цовые меры и измерительные приборы предназначены для воспроизведения единиц измерения, поверки и граду ировки рабочих измерительных приборов. Рабочие меры и измерительные приборы предназначены для измерений в производственных условиях.
Различают три основных вида абсолютных погрешнос тей: случайные, систематические, промахи.
Случайные погрешности вызываются случайными, не контролируемыми причинами, действие которых неоди наково при параллельных определениях. Величина слу чайных погрешностей различна даже тогда, когда парал лельные измерения выполнены в одинаковых условиях одним и тем же человеком в один и тот же день с ис пользованием одних и тех же реактивов, посуды, прибо ров и т. д. Например, взвешивая одну и ту же навеску несколько раз на одних весах, пользуясь одними гиря ми, можно получить разные результаты. Причиной слу чайных погрешностей в этом случае может оказаться ко лебание воздуха, неодинаково влияющее на чашки ве-
289
сов, или нагревание одной половины коромысла от приближения руки взвешивающего.
Абсолютные погрешности случайным образом изменя ются от одного единичного определения к другому. Они могут быть в одних определениях очень маленькими, в других — достаточно большими, в одних определениях отрицательными, в других — положительными. Какова погрешность данного единичного определения, сказать нельзя. Но можно оценить возможную случайную по грешность данной методики. Для этого при ее разработке выполняют большое число (десятки и даже сотни) опре делений концентрации в стандартном образце с точно из вестной концентрацией по данной методике. Для каждого определения находят абсолютную погрешность и рассчи тывают стандартное отклонение.
Стандартное отклонение — мера случайных погреш ностей данной методики анализа. Зная величину s, мож но с 95%-й уверенностью (доверительной вероятностью) считать, что случайная погрешность любого единичного определения не превышает 2s, а с доверительной вероят ностью 99,7% — не более 3s.
Систематические погрешности — погрешности, вели чина которых остается неизменной во всех параллельных измерениях. Из-за систематических погрешностей резуль тат анализа оказывается неправильным. Например, при титриметрическом количественном анализе источником систематической погрешности может оказаться неточная калибровка посуды или вероятно определенный титр ра бочего раствора. Сколько бы раз мы ни повторяли опре деление концентрации раствора, используя эту мерную посуду или рабочий раствор, результат определения будет иметь одну и ту же погрешность.
Промахи — грубые погрешности, возникающие в ре зультате недоброкачественной работы аналитика. Напри мер, по невнимательности он записал неверные результаты взвешивания, неправильно снял показания прибора и т. д.
290
Подозрение на промах возникает в тех случаях, когда ка кой-то результат единичного определения очень отлича ется от всех остальных. Отбросить такой результат без до полнительной проверки нельзя, так как он может ока заться следствием большой случайной погрешности. Су ществует несколько способов отбраковки промахов.
Основными метрологическими характеристиками ме тодики анализа являются: сходимость, воспроизводи мость, правильность, точность, чувствительность, предел обнаружения.
Сходимость — степень близости друг к другу результа тов параллельных единичных определений, выполненных в одинаковых условиях одним и тем же человеком в один и тот же день с использованием одних и тех же матери алов и аппаратуры.
Воспроизводимость — степень близости результатов единичных определений, выполненных в различных усло виях: например, разными людьми или на разных прибо рах, в разные дни и т. д. Воспроизводимость в 1,5—2 раза ниже сходимости.
Чем выше сходимость и воспроизводимость методики (меньше стандартное отклонение), тем реже в единичных измерениях встречаются большие погрешности, тем бли же результаты параллельных определений.
Правильность — характеризует близость результатов анализа к истинному содержанию компонента в образце. Правильность обусловлена наличием и величиной систе матических погрешностей.
Точность — отражает близость к нулю погрешностей всех видов, как систематических, так и случайных.
Чувствительность — отражает способность метода об наружить разницу между близкими концентрациями (ко личествами) определяемого вещества. Если определение концентрации производят по градуировочной кривой, по строенной по стандартным образцам, то чувствительность метода равна тангенсу угла наклона этой кривой при дан-
291
ной концентрации. Если градуировочный график прямо линеен, то чувствительность метода определяется отноше нием х/с, где х — разность аналитических сигналов; с — соответствующая им разность концентраций.
Предел обнаружения — наименьшее содержание опре деляемого вещества, при котором с данной доверитель ной вероятностью можно его измерить.
Различают абсолютный и относительный пределы об наружения. Абсолютный предел обнаружения — наимень шее количество вещества, которое может быть обнаруже но данным методом. Абсолютный предел обнаружения выражается в абсолютных массовых единицах — г, мг, мкг и т. п. Относительный предел обнаружения — на именьшая обнаруживаемая данным методом концентра ция. Выражается относительный предел обнаружения в единицах концентрации — %, мг/мл, мкг/мл и т. д.
4.2. Приборы 1-го уровня
Устройство для экспресс-определения токсичности воды «Биотоке»
Назначение прибора
Устройство «Биотоке» предназначено для контроля качества питьевой воды; для экологического мониторинга промышленных предприятий, использующих воду и/или имеющих промышленные стоки; для контроля почв и продукции сельскохозяйственного производства.
Устройство прибора
Устройство «Биотоке» представляет собой портатив ный биолюминометр; с помощью биосенсора «Эколюм» он позволяет производить определение индекса общей химической токсичности водных образцов, включая тя желые металлы, пестициды, гербициды, минеральные удобрения, препараты бытовой химии и пр.
Технические характеристики прибора:
— допускаемая относительная суммарная погрешность результата измерений (в единицах цифровой индикации)
292
интенсивности биолюминесценции — 10% при довери тельной вероятности 0,95%;
Газоанализатор УГ-2
(в настоящее время имеет ограниченное применение)
Назначение прибора
Газоанализатор УГ-2 предназначен для экспресс-ана лиза воздуха, в котором присутствуют газы СО, С02, NOx, H2S, CL, СН4; этиловый спирт и органические про изводные бензола (толуол, ксилол и т. д.). В комплект прибора входят индикаторные трубки. Применяют на промышленных, сельскохозяйственных предприятиях и в быту с целью контроля атмосферного воздуха.
Методика работы с прибором
293
5. Отпустить фиксатор. Первый щелчок означает, что откачка воздуха из камеры воздухозаборника начата с ус тановленной контрольной риски поршня. Второй щелчок означает, что воздух из камеры достиг второй контроль ной риски, но при этом прокачка трубки-индикатора еще не завершилась.
Оценка результатов анализа
Оценку результатов анализа проводят по индивиду альной для каждого газа шкале, входящей в комплект прибора.
Объем просасываемого воздуха — VnpB (в мл), время хода поршня от верхней контрольной риски к нижней — Г (в с) и общее время просасывания исследуемого возду ха т (в с) для каждого конкретного анализа имеют свои значения, которые приведены в методике определения конкретного газа. Например, для NOx : Vnp B = 30 мл; Т = = 220—300 с; х = 420 с; градуировочная шкала — от О до 50 мг/м3.
Технические характеристики прибора:
Нитратомер ЭБИК
Назначение прибора
Нитратомер ЭБИК предназначен для измерений об щего содержания нитратов в свежей плодоовощной про дукции. Прибор позволяет также определять кислотность почвы.
Применяют в быту, сельском хозяйстве, на предприя тиях общепита.
Методика работы с прибором
294
вив рукоять «Вкл/Настройка» на значение «ПДК» (белое деление между красной и зеленой шкалами).
3. Ввести металлический анализатор в слой почвы или продукта.
Оценка результатов анализа
5. Определение приблизительной концентрации ни
тратов в продукте проводят по формуле
с= ПДКи 6 '
где с — приблизительная концентрация нитратов; ПДК — предельно допустимая концентрация нитратов в иссле дуемом продукте (по таблицам); п — число делений зеле ного сектора, на которые отклоняется стрелка; 6 — коли чество делений шкалы.
295
Технические характеристики прибора:
Анализатор почвы «АП-Дельта»
Назначение прибора
Анализатор почвы «АП-Дельта» предназначен для оп ределения степени минерализации почвы и дает возмож ность регулировать количество вносимых удобрений.
Применяют в быту и сельском хозяйстве.
Методика работы с прибором
Оценка результатов анализа
1. Производится по показаниям прибора:
«0—1» — очень бедная почва (требуется внесение удобрений);
«1—2» — среднеудобренная почва (требуется внесение 1/2 нормы удобрений);
«2—3» — нормальная почва (вносится минимальное количество удобрений);
«3—4» — соленая почва (требуется промывание почвы, внесение в нее серы, извести).
2. После окончания анализа вынуть щуп из стакана и
насухо протереть его.
296
Анализ необходимо провести 3—5 раз и вывести сред нее значение показаний по формуле
п
где £х, — сумма всех показаний прибора; п — число про веденных анализов.
Технические характеристики прибора:
Дозиметр «Белла»
Назначение прибора
Бытовой дозиметр «Белла» предназначен для оценки мощности дозы радиационного излучения в диапазоне 0,2— 99,99 мкЗв/ч, или 20-9999 мкР/ч (1 мкР/ч = 1 • 10~2 мкЗв/ч).
Применяют в быту, сельском хозяйстве и промышлен ности.
Методика работы с прибором
Оценка результатов измерения
Окончательный результат измерения фиксируется прибором только после исчезновения на экране двух то чек с правой стороны шкалы за двумя цифрами; это мо жет сопровождаться сигналом зуммера прибора.
297
Технические характеристики прибора:
4.3. Приборы 2-го уровня
Методы анализа делят на химические, физические и физико-химические. Отнесение метода к той или иной группе зависит от того, в какой мере определение хими ческого состава системы данным методом основано на использовании химических реакций, физических процес сов или физико-химических свойств.
Химические методы основаны на использовании хими ческих реакций для определения состава среды. Так, используя реакцию, характерную для определяемого ио на, с образованием окрашенного комплекса, осадка, ма-лодиссоциированного соединения и других, можно про вести качественный и количественный химический ана лиз.
Физическими методами измеряют свойства, непосред ственно зависящие от природы атомов и их концентра ции в среде, например интенсивность излучения.
Физико-химические методы основаны на зависимости физического свойства от химического состава анализиру емой среды.
Физические и физико-химические методы анализа объединяются общим названием — инструментальные ме тоды анализа, так как для их проведения обычно требу ются специальные приборы, инструменты.
Методика проведения физико-химических методов в основном одинакова и сводится к следующему:
298
Можно выделить три основные группы физико-хими ческих методов: оптические, электрохимические, хрома-тографические.
В оптических методах анализа используют связь меж ду оптическими свойствами среды и ее составом. В эту группу входят следующие методы анализа: колоримет рический, нефелометрический и турбидиметрический, люминесцентный, поляриметрический, рефрактометри ческий.
Электрохимические методы анализа основаны на взаи мосвязи электрохимических свойств среды от ее состава. К этой группе относят следующие методы:
Хроматографические методы анализа характеризуют различия в адсорбции различных по составу и строению веществ.
Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2
Назначение прибора
КФК-2 (рис. 4.1) — однолучевой прибор; предназна чен для измерения в отдельных участках длин волн диа пазона 315—980 нм, выделяемых светофильтрами, коэф фициентов пропускания и абсорбционности растворов и твердых тел и для определения концентрации веществ в растворах. Колориметр позволяет также измерять коэф-
299
фициенты пропускания рассе ивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в про ходящем свете.
Рис. 4.1. Внешний вид прибора
КФК-2: / — микроамперметр; 2 — крышка
кюветного отделения;
3 — ручка «Установка 100 грубо»;
4 — ручка установки
чувствительности прибора;
5 — ручка перестановки кювет;
6 — ручка установки светофильтра;
7 — источник света
Применяют на предприя тиях водоснабжения, в меди цинской, химической, пище вой, металлургической про мышленности и сельском хозяйстве.
Устройство прибора Колориметр объединяет в себе два блока — блок пита ния и оптический блок.
В оптический блок входят: осветитель, оправа с оптикой, светофильтры, кюветное от деление с кюветодержателем, фотометрическое устройство с усилителем постоянного тока и элементами регулирова ния, регистрирующий прибор.
Осветитель представляет собой лампу КГМ. Конструк ция механизма осветителя обеспечивает перемещение лампы в трех взаимно перпендикулярных направлениях для ее правильной установки.
В оправу встроены конденсатор, диафрагма и объек тив.
Цветные светофильтры вмонтированы в диск. Свето фильтр вводят в световой пучок ручкой. Рабочее положе ние каждого светофильтра фиксируется.
Кюветодержатель расположен в кюветном отделении под крышкой. При работе в кюветном отделении одно временно находятся две кюветы — с растворителем (или нулевым раствором) и окрашенным раствором. Переста новку кювет в световом пучке осуществляют поворотом ручки до упора.
300
В фотометрическое устройство входят фотоэлемент Ф-26, фотодиод ФД-24К, светоделительная пластинка и усилитель. Фотоприемники включают с помощью ручки.
В качестве регистрирующего прибора используют микроамперметр типа М907-10, шкала которого оцифро вана для определения абсорбционности и коэффициентов пропускания светового луча.
Методика работы с прибором
Колориметр включают в сеть за 15 мин до начала из мерения. Во время прогрева кюветное отделение должно быть открыто (при этом шторка перед фотоприемниками перекрывает световой пучок). Ручкой вводят необходи мый по роду измерения цветной светофильтр. Устанавли вают минимальную чувствительность прибора. Для этого ручку «Чувствительность» ставят в положение «1», ручку «Установка 100 грубо» — в крайнее левое положение. Перед измерениями при переключении фотоприемни ков проверяют установку стрелки микроамперметра на «Нуль» по шкале коэффициентов пропускания при от крытом кюветном отделении. При смещении стрелки от нулевого положения ее подводят к нулю с помощью по тенциометра.
В световой поток вводят кювету с водой. Закрывают крышку кюветного отделения. Ручками «Чувствитель ность», «Установка 100 грубо» и «Точно» устанавливают нулевое значение по шкале абсорбционности. Ручка «Чувствительность» может находиться в одном из трех положений: «1», «2» или «3».
Поворотом ручки кювету с водой заменяют на кювету с окрашенным раствором. Снимают показания по шкале микроамперметра в значениях абсорбционности.
Измерение проводят 3—5 раз, окончательное значение измеренной абсорбционности определяют как среднее арифметическое из полученных значений.
Технические характеристики прибора:
— спектральный диапазон работы — от 315 до 980 нм (весь диапазон разбит на определенные интервалы с по мощью светофильтров);
301
— приемники излучения:
фотоэлемент Ф-26 — для работы в диапазоне от 315 до 590 нм,
фотодиод ФД-24К — для работы в диапазоне от 590 до 980 нм;
Фотоэлектроколориметр ФЭК-56 М
Назначение прибора
Прибор ФЭК-56М (рис. 4.2) предназначен для опреде ления загрязнения жидких сред.
В этом приборе два световых потока попадают на фо тоэлементы, которые включены по дифференциальной схеме, т. е. токи от фотоэлементов идут в противополож ных направлениях. Если освещенность обоих фотоэле ментов одинакова, то и возникающие фототоки будут одинаковы по величине, но противоположны по направ лению. В этом случае отклонения стрелки микроампер метра от нуля наблюдаться не будет, так как произойдет
компенсация токов.
Методика работы с при бором
Рис. 4.2. Фотоэлектроколориметр
ФЭК-56М:
/ — рукоятка шторок;
2 — микроамперметр;
3, 6 — отсчетные барабаны;
4 — ручка чувствительности
прибора; 5 — ручка
установки электрического нуля;
7 — ручка постановки кювет
Прибор включают в сеть 220 В через стабилизатор за 30 мин до начала измере ния. В течение этого време ни электросхема прибора прогревается. Сначала уста навливают «Электрический нуль» прибора. Для этого с помощью рукоятки свето вые потоки перекрывают шторкой. Ручкой устанав-
302
ливают стрелку микроамперметра на «Нуль». При этом чувствительность прибора должна быть максимальной, для чего поворачивают ручку против часовой стрелки до упора. В левом световом потоке на все время измерений устанавливают кювету с растворителем. С правой сторо ны в световой поток устанавливают две кюветы — с рас творителем и раствором, причем сначала устанавливают кювету с раствором. При этом на левый и правый фото элементы будут попадать неодинаковые световые потоки и стрелка микроамперметра отклонится от нулевого поло жения. Чтобы скомпенсировать световые потоки, стрелку микроамперметра необходимо установить на «Нуль». Эту операцию проводят при открытой шторке. Затем кювету с раствором меняют на кювету с растворителем. Чтобы уравнять световые потоки, выводят стрелку микроампер метра на «Нуль», вращая правый барабан. Отсчет начина ют по красной шкале правого барабана.
Перед началом работы правая и левая диафрагмы должны быть полностью открыты, для чего оба отсчетных барабана устанавливают на «Нуль» по красной шкале, вращая их на себя.
Нефелометр НФМ
Назначение прибора
Нефелометр НФМ (рис. 4.3) предназначен для опреде ления концентрации коллоидных растворов, суспензий и эмульсий. Принцип действия прибора основан на урав нивании двух световых потоков, рассеянных раствором и рассеивателем.
Устройство прибора
На стойке с основанием установлена опорная планка, на которой закреплены фотометрическая головка и нефело-метрическая приставка. В фотометрическую головку входят диафрагмы с отсчетными барабанами, диск со светофильт рами и окуляр. В нефелометрическую приставку входят лампа накаливания, камера, в которую заливают дистил-
зоз
лированную воду и поме щают кювету с коллоид ным раствором, и диск с рассеивателями.
Методика работы с при бором
fcrr3*
Рис. 4.3. Нефелометр НФМ: 1 — основные стойки; 2 — стойка;
3 — отсчетный барабан; 4 — опорная планка; 5 — окуляр;
8 — камера с дистиллированной водой;
9 — лампа накаливания;
10 — нефелометрическая приставка;
11 — диск с рассеивателями
Штекеры от освети тельной лампы включают в гнезда трансформатора (напряжение 6 В). Камеру тщательно промывают и за ливают дистиллированной водой немного выше лин зы. Кювету-пробирку запол няют коллоидным раство ром, закрепляют на крышке и вставляют в камеру. Вращением диска устанав ливают тот светофильтр, цвет которого близок к окраске коллоидного раствора. Отсчетные барабаны уста навливают на «Нуль» по красной шкале, что соответствует полностью открытым диафрагмам. Для измерения рассе ивающей способности раствора изменяют ширину левой диафрагмы вращением левого отсчетного барабана до уравнивания освещенности обеих половин видимого поля. Отсчет проводят по красной шкале левого барабана.
Оба световых потока попадают в глаз наблюдателя, который фиксирует зрительное поле в виде круга, разде ленного пополам. Отсчет проводят в момент одинаковой освещенности всего видимого поля. Измерения проводят по красной шкале измерительного барабана, которая по казывает рассеивающую способность.
Флуориметр ЭФ-ЗМА
Назначение прибора
Прибор ЭФ-ЗМА (рис. 4.4) предназначен для количе ственного анализа люминесцирующих веществ.
304
Устройство прибора
Рис. 4.4. Общий вид
флуориметра ЭФ-ЗМА:
1, 3 — вторичные светофильтры;
2 — первичный светофильтр;
4 — кювета-пробирка с раствором;
5 — ручка, связанная с диафрагмой;
6 — ручка, связанная с заслонкой;
7, 10 — ручки для установки
стрелки микроамперметра;
8 — микроамперметр;
9 — ручка, связанная с шунтом;
11 — кнопка; 12 — ниша;
13 — металлическая крышка
Луч от кварцевой лам пы проходит через диафраг му, при открытой заслонке падает на первичный све тофильтр, проходит квар цевые линзы и попадает на пробирку с люминесци-рующим раствором. Рас твор, облученный УФ-све-том, начинает светиться. Свет люминесценции про ходит через кварцевые линзы. Далее сфокусиро ванный пучок света прохо дит через вторичные све тофильтры и попадает на фотоэлементы, которые, преобразуя энергию люми несценции в электриче скую, подают ее на вход электрического усилителя. К анодной цепи усилителя подключен микроамперметр, показания которого (в отно сительных процентах) пропорциональны интенсивности люминесценции. Два фотоэлемента в схеме дают суммар ный выход люминесценции.
Флуориметр ЭФ-ЗМА собран в металлическом кожухе. В верхней части прибора размещена ниша, закрывающая ся металлической крышкой. В нише имеются отверстия, куда вставляются первичный и вторичные светофильтры и кювета-пробирка с раствором. Все ручки управления, а также измерительный прибор (микроамперметр) разме щены на передней панели флуориметра.
Методика работы с прибором
Прибор включают в сеть напряжением 220 В, частотой 50 Гц поворотом ручки «Вкл. шунт» и доводят ее до упора поворотом вправо. Дают прибору прогреться в течение 15 мин. В кювету помещают раствор люминофора. Крыш-
11-5998
305
ку прибора закрывают. При нажатой кнопке устанавлива ют стрелку микроамперметра на «Нуль». Отпускают кноп ку и снова устанавливают стрелку микроамперметра на «Нуль».
Эту операцию по настройке прибора повторяют 3 раза. Затем открывают заслонку, изменяют ширину диафрагмы и устанавливают стрелку микроамперметра в нужное по ложение.
При смене раствора, чтобы измерить интенсивность люминесценции, достаточно нажать ручку вниз и произ вести отсчет по показанию микроамперметра.
Рефрактометр ИРФ-22
Рис. 4.5. Общий вид
рефрактометра ИРФ-22:
/ — осветительная призма;
2 — зеркало; 3 — штуцер;
4 — винтовой зажим;
5 — маховичок компенсатора
дисперсии; 6, 11 — шланги;
7 — отверстие для юстировочного
ключа; 8 — котировочный ключ;
9 — маховичок для поворота
призменного блока;
10 — зрительная труба
Назначение прибора Рефрактометр ИРФ-22 (рис. 4.5) предназначен для непосредственного из мерения показателя пре ломления жидких и твер дых тел; для быстрого качественного определе ния концентраций вод ных, спиртовых, эфирных и других растворов по показателю преломления. Применяют для оценки качества питьевой воды в химических и технологи ческих лабораториях, а так же при экологическом об следовании объектов, в том числе учебных учрежде ний.
Прибор удобен в рабо те, так как специальная оптическая система по зволяет видеть в зритель-
306
ную трубу шкалу показателей преломления и визирную линию одновременно с полем, в котором располагается перекрестие.
Точность измерений показателя преломления — ±1—2 х х Ю-4, предел измерения показателя преломления — 1,3— 1,7. Перед началом измерения прибор термостатируют и юстируют.
Термостатирование проводят следующим образом: в бутыль с тубусом и термометром заливают воду темпера турой 20 °С; шланг от бутыли присоединяют к штуцеру кожуха измерительной призмы.
Методика работы с прибором
Измерение показателя преломления жид костей
11*
307
Измерение показателя преломления (nD) твердых тел
Измерение показателя преломления окра шенных или мутных проб
Проводят аналогично, но с использованием диафраг мы, которую вставляют между измерительной головкой и металлическим фиксатором диафрагмы.
Измерение средней дисперсии
Проводят аналогично измерениям, описанным выше, но осуществляют вращением маленького маховика вправо и влево; отсчет ведут от точки «0» по барабану. Необходи мо провести несколько измерений.
После работы следует протереть эфиром поверхности призм.
Оценка результатов измерений
1. Шкала рефрактометра приведена для температуры
окружающей среды 20 °С; для различных жидкостей ха
рактерны определенные температура, концентрация и хи
мический состав.
Температурный коэффициент показателя преломления стекла измерительной призмы для температур t = 5—35 °С определяют расчетом.
2. Среднеарифметическое показание барабана вычис
ляют по формуле
z- н<,
п
где IZj — сумма всех показаний барабана с одной сторо ны; п — количество отсчетов с каждой стороны барабана в отдельности.
308
3. Значение средней дисперсии определяют по таб лице, прилагаемой к прибору.
Технические характеристики прибора:
Цифровой малогабаритный преобразователь потенциалов электродных систем «Экотест-101»
Назначение прибора
Прибор «Экотест-101» предназначен для измерения электрических потенциалов электродных систем, селек тивных к ионам водорода, различным одновалентным и двухвалентным катионам и анионам; для преобразования потенциалов в единицы активности рХ с отображением результата преобразования на цифровом индикаторе, а также для применения в качестве высокоомного милли вольтметра.
Применяют в стационарных и передвижных аналити ческих лабораториях различных отраслей народного хо зяйства.
Устройство прибора
В основу работы преобразователя «Экотест-101» поло жен принцип прямого потенциометрического измерения ЭДС электродной системы с преобразованием этой вели чины в единицы химической активности рХ.
Прибор представляет собой конструкцию коробчатой формы, состоящую из корпуса и крышки. На лицевой панели закреплен жидкокристаллический индикатор. Внутри корпуса установлена печатная плата с радиоэле ментами. Для внутреннего источника постоянного тока в корпусе прибора имеется батарейный отсек, а для под ключения электродной системы — штекерный разъем. Для работы с некомбинированными электродами уста-
309
новлены гнезда для электродов сравнения. Некомбиниро ванный электрод подключается к разъему, а электрод сравнения — к соответствующему гнезду (для всех элект родов, кроме электрода на рН). Прибор работает с ионо-селективными пленочными электродами к ионам Na+, К+, NH4 , NO^, Ca2+, Mg+, H+ и др. Электрод сравнения — хлорсеребряный.
Технические характеристики прибора:
— диапазон измерения преобразователя:
в режиме измерения активности — от -1 до
+ 19,99 единиц рХ,
в режиме измерения ЭДС — от -1999 до +1999 мВ;
— предел допустимой абсолютной погрешности изме
рения:
показателя кислотности рН и активности среды рХ — не более 0,02 единиц, ЭДС — не более 5 мВ;
Цифровой ионометрический преобразователь «Экотест-110»
Назначение прибора
Прибор предназначен для определения концентрации вредных примесей методом измерения электродных по тенциалов их одно- и двухвалентных ионов. При этом происходит преобразование электрического потенциала в единицы активности рХ. С помощью прибора «Эко тест-110» можно измерять концентрацию элементов (Ag, Br, Ca, Cd, CI, Cu, F, I, К, Ra, Hg, Na, Pb, S) и химиче ских соединений (NH4, N03, CN, C104, C03, Cr04), a также показатель кислотности среды рН.
МО
Для каждого из перечисленных веществ и показателей прибор должен быть снабжен электродом.
Применяют в аналитических лабораториях, в том чис ле передвижных, различных отраслей промышленности.
Полярограф универсальный ПУ-1
Назначение прибора
Прибор ПУ-1 предназначен для качественного и коли чественного анализа растворов, а также для электрохими ческих исследований, в том числе для определения при месей в металлах, сплавах, полупроводниках, химических реактивах; для контроля чистоты воздуха, воды, пищевых продуктов и медицинских препаратов; для проведения биохимических исследований, окислительно-восстано вительных процессов; в химии комплексных соединений и др.
Предусмотрены следующие виды полярографии: пос тоянного тока (обычная и дифференциальная); перемен ного тока с прямоугольной формой поляризующего на пряжения; переменного тока с синусоидальной формой поляризующего напряжения; импульсная дифференци альная; инверсионный режим с предварительным накоп лением. Возможна непрерывная и тест-регистрация. За пись полярограмм осуществляется на двухкоординатном регистрирующем приборе.
Устройство прибора
Полярограф состоит из трех блоков: собственно поля-рографа (измерительного блока), полярографического датчика ДП-2 и двухкоординатного регистрирующего прибора. Управление полярографом осуществляют со гласно инструкции к прибору.
Технические характеристики прибора:
311
Жидкостный хроматограф
Устройство прибора
Жидкостный хроматограф состоит из четырех основ ных функциональных частей: источника потока подвиж ной фазы (насоса), устройства для ввода пробы (инжек тора), разделительного блока (колонки) и блока детекти рования.
В качестве подвижной фазы применяют большое чис ло органических и неорганических растворителей, водные растворы различных солей. Подвижная фаза должна удов летворять следующим требованиям: не изменять характе ристик колонки, быть совместимой с применяемым де тектором, хорошо растворять анализируемые компоненты, обладать низкой вязкостью, не содержать посторонних примесей.
Дозиметр «АНРИ-Сосна 01-02»
Назначение прибора
Дозиметр «АНРИ-Сосна 01-02» предназначен для до зиметрического контроля радиационной обстановки, а также для обнаружения радиационного загрязнения одежды, пищевых продуктов и т. д.
Прибор позволяет проводить измерения по парамет рам:
Применяют в быту, сельском хозяйстве, при проведе нии мероприятий по охране труда.
Методика работы с прибором
Как обычный дозиметр прибор работает с закрытой задней крышкой; измерения проводят в мкР/ч.
1. Режим работы «МД» соответствует первому измере нию, которое осуществляют включением прибора и нажа тием кнопки «Пуск/Стоп». В этом случае звуковой сигнал будет соответствовать началу и концу измерения.
312
2. Режим работы «Т» соответствует грубому измерению по звуковым сигналам, которые подает прибор через каж дые 10 импульсов.
Как (3-дозиметр прибор работает с открытой задней крышкой.
Для исследования пищевых продуктов прибор ра ботает в режиме радиометра.
Оценка результатов анализа
1. Среднеарифметическое значение показаний прибо ра определяют по формуле
где Их, — сумма всех показаний прибора; п — число про веденных анализов.
2. Определяют активность радионуклидов при иссле довании пищевых проб и плотность потока излучения с поверхности.
313
Технические характеристики прибора:
— время замера (в зависимости от режима):
обычный режим — 30 с,
время подготовки пробы — 10 мин,
продолжительность анализа — 30 мин;
излучение цезия-137 — ±30%, излучение стронция-90 — ±45%;
— градуировка шкалы:
Y-излучение — 0,010-9,999 мкР/ч, (3-излучение — 10—5000 частиц/см2 • мин.
Универсальные учебные комплекты средств экологического контроля (КИ-28014; КИ-28066)
В комплект входят приборы анализа воздуха (аспира тор АМ-5) и воды (комплект индикаторных полосок «Меркоквант»).
Прибор экспресс-анализа воздуха — аспи ратор АМ-5
Назначение прибора
В комплекте с индикаторными трубками аспиратор АМ-5 предназначен для экспресс-анализа воздушной сре ды при определении концентрации вредных газов: СО, С02, NOx, S02, H2S и др.
Методика работы с прибором
Аспиратор АМ-5 используют для прокачивания возду ха, а индикаторные трубки — для забора проб.
У индикаторной трубки отламывают оба конуса и вставляют ее в аспиратор.
Сжиманием мехов аспиратора осуществляют прокачку воздуха (10 раз), в течение которой индикаторная трубка в результате химической реакции изменяет окраску.
Концентрацию газа определяют совмещением шкалы окрашенного сектора на самой трубке со стандартной шкалой на коробке комплекта.
314
Технические характеристики аспиратора АМ-5:
— диапазон измерений, %:
СО - 0-0,25, С02 - 0-2,0, NOx - 0-5 • Ю-3, S02 - 0-10, H2S - 0-6,6 • Ю-3;
— погрешность измерений — ±25%.
Приборы экспресс-анализа воды
В комплект входят пеналы с индикаторными полоска ми на обнаружение в воде С1~, NOx, NHj, Fe2+, Mn2+ и бактерий, а также приборы для определения жесткости воды и содержания растворенного кислорода.
Параметры, определяемые приборами:
Mercoquant-10025 — жесткость воды (0—400 мг/л);
Aquachek-5 — общий хлор (0—14 мг/л); свободный хлор (хлорамины) (0—10 мг/л);
Aquachek — нитраты (0—225 мг/л), нитриты (0—10 мг/л);
Mercoquant-10024 — аммоний (NH|);
Mercoquant-10004 — ионы Fe2+;
Mercoquant-10005 — ионы Mn2+;
Mercoquant — pH (2—9);
Lachema — pH (0—12);
Bactochek EC — количество кишечных палочек.
Методика работы с приборами и приспособлениями
Для проведения анализа необходимо вынуть из пенала индикаторную полоску и подставить ее под струю воды. Через 1—2 мин сверить индикацию полоски со стандарт ной шкалой, изображенной на пенале комплекта. Поло ску Bactochek EC для определения бактерий после смачи вания следует поместить в стерильный пакет и хранить в термостате 18—22 ч при t = 25—30 °С.
Определение содержания растворенного кислорода в воде производят с помощью прибора-индикатора, анали зирующий электрод которого опускают в стеклянный ци линдр или колбу с анализируемой пробой воды.
В комплекты Ки-28014 и Ки-28066 входят радиометр «Сосна» и нитратомер типа ЭБИК.
315
Фотометр «Мегк» SQ 118 и аналитическая система «Спектроквант»
Назначение фотометра «Мегк» SQ 118
Измерение концентрации ионов, вредных веществ в водных растворах, почве и твердых отходах.
Прибор снабжен вольфрамовой галогенной лампой, фильтрованным ротором и 12 светофильтрами; работает в диапазоне длин волн 365—820 нм. Рассчитан для работы с прямоугольными или круглыми кюветами.
Технические характеристики фотометра:
Аналитическая система «Спектроквант» — программа, в банке данных которой содержится значение диэлектри ческой проницаемости среды D, что позволяет отказаться от подготовки стандартных растворов и построения гра-дуировочных графиков.
Порядок работы аналитической системы:
Газоанализатор ГИАМ-21
Назначение прибора
Газоанализатор ГИАМ-21 предназначен для определе ния концентрации окиси углерода (СО), углеводородов
316
(СН) в отработавших газах и частоты вращения коленча того вала в карбюраторах автодвигателей.
Применяют в ГИБДД МВД России, на станциях тех нического обслуживания и т. д.
Кроме газоанализатора в комплект прибора входят:
Методика работы с прибором
1. С помощью прозрачного поливинилхлоридного
шланга соединить:
двигателя необходимо:
— соединить клемму «XI» («Вход тахометра») с катуш
кой зажигания автомобиля, а клемму «Х5» («земля») —
с клеммой «+» аккумулятора (эти клеммы расположены
с обратной стороны прибора);
317
Оценка результатов измерений
1. Среднее значение показаний прибора определяют по формуле
где IAj — сумма показаний проведенных замеров; п — число замеров.
2. При измерениях необходимо учитывать, что показа ния А (СО, СН) зависят от атмосферного давления р. Поэтому для определения истинного значения концент рации выхлопных газов нужно использовать формулу
где А — истинное значение концентрации; At — показание газоанализатора; К — коэффициент зависимости от ат мосферного давления (нормальное давление paTM = 760 мм рт. ст., или 101,3 Па; отсюда К= 1,11 по графической за висимости).
318
Технические характеристики прибора:
4.4. Приборы 3-го уровня
К промышленным стационарным приборам этого уровня относят: ИК-спектрофотометры и спектрометры (спектрофотометры ИКС-22, ИКС-29, ИКС-17, РЕ180 (США); ИК-спектрофотометры М80/М85, «Specord», ИК-Фурье; спектрометры ИКС-21, ИКС-31, IFS Брукер), а также монохроматоры и спектрофотометры для види мой и УФ-областей (УМ-2, МДР-2, СФ-8, СФ-16, СФ-18, СФ-46).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
© Что такое метрология?
© Расскажите о принципах работы физико-химических приборов контроля загрязнения природной среды.
@ Расскажите об особенностях устройства и работы физических при боров контроля.
© В чем состоит отличие приборов экспресс-анализа загрязнения природной среды от стационарных приборов?
Приложения
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Предельно допустимые концентрации веществ, загрязняющих атмосферу
|
Вещество |
пдк |
|
|
Максимальная разовая |
Среднесуточная |
|
|
Двуокись азота |
0,085 |
0,085 |
|
Окись углерода |
5,0 |
3,0 |
|
Пыль |
0,15 -0,5 |
0,05-0,15 |
|
Сажа |
0,15 |
0,05 |
|
Двуокись серы |
0,5 |
0,05 |
|
Сероводород |
0,008 |
0,008 |
|
Бензин |
5 |
1,5 |
|
Бенз-ос-пирен |
- |
0,1 мкг/100 м3 |
|
Азотная кислота |
0,40 |
0,15 |
Требования к питьевой воде по ГОСТ 2874—82
|
Запах и привкус при t 20 °С |
Не более 2 баллов |
|
Цветность по шкале цветности |
20° |
|
Мутность |
Не более 1,2 мг/л |
|
Общая жесткость |
Не более 7-10 мгэкв/л |
|
Сухой остаток |
1000 мг/л |
|
Хлориды (С1~) |
350 мг/л |
|
Сульфаты (SO4) |
500 мг/л |
320
Окончание
|
Железо (Fe3+) |
0,3-1,0 мг/л |
|
Медь (Си 2+) |
0,1 мг/л |
|
UHHK(Zn2+) |
5,0 мг/л |
|
Свинец (РЬ 2+) |
0,1 мг/л |
|
Мышьяк (As 2+) |
0,05 мг/л |
|
Фтор (F ~) |
0,7-1,5 мг/л |
|
Нитраты (NO^") |
10,0 мг/л |
|
Ртуть (Hg +) |
0,005 мг/л |
|
Цианиды |
0,1 мг/л |
|
Фенол |
0,001 мг/л |
|
Общее число бактерий |
Не более 1000 в 1 мл воды |
|
Количество кишечных палочек |
Не более 3 в 1 мл воды |
|
Активная радиация |
6,5-8,5 |
Предельно допустимые концентрации химических веществ
в почве
|
Вещество |
ПДК, мг/кг почвы |
Лимитирующий показатель |
|
Марганец |
1500 |
Общесанитарный |
|
Ванадий |
150 |
Общесанитарный |
|
Марганец + ванадий |
1000 + 100 |
Общесанитарный |
|
Изопропилбензол |
0,5 |
Миграция в воздухе |
|
Альфаметилстирол |
0,5 |
Миграция в воздухе |
|
Изопропилбензол + + альфаметилстирол |
0,5 |
Миграция в воздухе |
|
Суперфосфат (Р205) |
200 |
Переход в растения |
321
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Форма титульного листа таблицы ТЗА-1
Государственный комитет РФ по гидрометеорологии
Управление УГКС
ТЗА-1
Таблица наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха
Год Месяц Город Номер города
Область (республика, край)
Район Высота станции над уровнем моря
|
Группа I |
Группа II |
Группа III |
Сведения о постах
|
Число |
Число примесей RR |
К |
Координаты |
Номер поста |
Адрес |
|
|
постов RR |
S |
XXX |
||||
|
Группа IV |
Группа V |
|||||
Наблюдатели
Особые замечания
Технический контроль _ Перфорация выполнена
Таблица ТЗА-2 составляется по методикам Росгидромета.
322
Форма титульного листа таблицы ТЗА-3
Государственный комитет РФ по гидрометеорологии
Управление УГКС
ТЗА-3
Таблица
наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха
(средние суточные значения)
Год Месяц
Город Номер поста
Высота станции над уровнем моря
Сведения о пункте наблюдений
Вид наблюдений
Прибор
Особые замечания
Таблицу составил
Критпросмотр проверил
Таблица ТЗА-4
Год Месяц Город Номер поста
(название, номер)
Примесь
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Влияние состояния атмосферного воздуха на здоровье населения
|
Кратность превышения ПДК |
Состояние здоровья населения |
|
1 2-3 4-7 8-10 100 500 |
Нет изменений в состоянии здоровья Изменение состояния здоровья по неко торым показателям Выраженные функциональные сдвиги Рост специфической и неспецифической заболеваемости Острые отравления Летальные отравления |
Влияние качества воды на организм человека
|
ПДК |
Степень загрязнения |
|
1 2-3 4-10 100 |
Допустимая Умеренная Высокая Чрезвычайно высокая |
Влияние состояния почвы на организм человека
|
пдк |
Состояние здоровья |
|
4 4-10 20-120 120-200 200-1000 |
Минимальные физиологические сдвиги Выраженные физиологические сдвиги Пики заболеваемости по отдельным формам Хронические отравления Острые отравления |
324
Шумовые воздействия на организм человека
(величины приведены в децибелах, дБ)
|
Смертельно опасный уровень шумов |
180 |
|
Звук выстрела крупнокалиберного орудия |
150 |
|
Вой сирены |
140 |
|
Реактивный двигатель при взлете (25 м) |
150 |
|
Наушники на максимальной громкости |
130 |
|
Цепная пила, рок-музыка |
120* |
|
Автомобильный гудок |
ПО |
|
Трактор, мотоцикл (8 м) |
ПО |
|
Отбойный молоток |
НО |
|
Оживленная городская улица |
90 |
|
Дизельный грузовик |
90 |
|
Товарный поезд (15 м) |
80 |
|
Скоростная магистраль |
70 |
|
Обычный офис |
60 |
|
Разговор в жилой комнате |
50 |
|
Сельская местность (ночь) |
30 |
|
Шелест листвы |
20 |
|
Дыхание |
10 |
* Порог боли.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Источники загрязнения атмосферного воздуха
|
Вид промышленного производства |
Технологическое оборудование, являющееся источником загрязнения атмосферного воздуха |
|
Производство агломерата |
Агломерационные машины, машины для обжига окатышей, охладители, грохо ты и др. |
|
Доменное производство |
Доменные печи, установки фануляции шлака и др. |
|
Коксохимическое производство |
Коксовые батареи, башни тушения кок са, вагоноопрокидыватели и др. |
|
Мартеновское производство |
Мартеновские печи, миксеры и др. |
|
Конверторное производство |
Конверторы, миксеры и др. |
|
Электросталеплавильное производство |
Электропечи |
|
Огнеупорное производство |
Шахтные и вращающиеся печи, сушиль ные барабаны, дробилки и др. |
|
Ферросплавное производство |
Рудовосстановительные, рафинировоч ные, алюмотермические, прокалочные печи и др. |
|
Литейное производство |
Электродуговые печи, вафанки |
|
Прокатное производство |
Машины огневой зачистки, травильные ванны и др. |
|
Производство глинозема |
Печи спекания, шаровые мельницы из мельчения алунита, печи кальцинации глинозема |
|
Производство алюминия |
Электролизеры |
326
Продолжение табл.
|
Вид промышленного производства |
Технологическое оборудование, являющееся источником загрязнения атмосферного воздуха |
|
Производство меди |
Сушильные барабаны медных концент ратов, печи «КС» для обжига медных концентратов, многоподовые обжиго вые печи, отражательные печи, электро печи плавки огарка, конверторы, комп лекс кислородно-факельной плавки «КФП», комплекс кислородно-взвешен ной циклонно-электротермической плав ки «КВЦЭТ», шахтные печи и др. |
|
Производство свинца |
Агломерационные машины, электропе чи, купеляционные, шахтные, фьюмин-говые печи, рафинировочные котлы, дробилки, грохоты и др. |
|
Производство электриче ской и тепловой энергии |
Котлоагрегаты, сжигающие все виды топлива, дробильно-помольное обору дование и др. |
|
Производство олова |
Трубчатые вращающиеся печи, много подовые обжиговые печи, электропечи для плавки обожженного оловянного концентрата, оборотной пыли, съемов, фыоминговые печи, рафинировочные котлы, установка аэрозольной сушки и др. |
|
Производство цинка |
Печи кипящего слоя «КС» для обжига цинкового концентрата и сушки цинко вого купороса, вельц-печи, сушильные барабаны для сушки цинковых концент ратов и индукционные печи плавки ка тодного цинка и др. |
|
Производство никеля |
Сушильные барабаны, агломерацион ные и обжигово-конвейерные машины, электропечи, конверторы, отражатель ные, шахтные и обжиговые печи «КС» и др. |
327
Продолжение табл.
|
Вид промышленного производства |
Технологическое оборудование, являющееся источником загрязнения атмосферного воздуха |
|
Титано-магниевое производство |
Хлораторы, электролизеры, электропе чи, ректификационные и дистилляци-онные колонны, вращающиеся печи, печи «КС» для обезвоживания кариали-та и др. |
|
Добыча угля |
Сушильные установки обогатительных и брикетных фабрик, вагранки, котлоаг-регаты, сжигающие природный газ, ма зут, твердое топливо и др. |
|
Производство продуктов нефтепереработки, масел, серы, серной кислоты, син тетических моющих средств, аммиачных удобре ний, фенола, изопропил-бензола, сажи, синтетиче ских жирных кислот, синте тического каучука, ацетальдегида, формальде гида, асбестотехнических изделий, резинотехнических изделий, резиновой обуви и др. |
Бароконденсаторы, резервуары хране ния нефти и нефтепродуктов, сливо-на-ливочные эстакады, градирни, установ ки АВТ — эжекторы, вакуумных уста новок, печи сжигания нефтешлама, реакторы-генераторы установок фенола, изопропилбензола, ацетона, селектив ной и контактной очистки масел, су шильные барабаны, регенераторы и пневмотранспорт установок каталитиче ского крекинга, котлы-утилизаторы, ре-зиносмесители, вальцы, прессы, шпре-динг-машины, вулканизаторы, камер ные печи, газогенераторы и др. |
|
Производство стекла |
Стекловаренные печи, бункера, питате ли, дробилки, элеваторы, сушильные барабаны, сита, грохоты, смесители ве совых линий, загрузочные карманы и др. |
|
Производство кровельных и гидроизоляционных материалов |
Битумокислительные конвекторы, печи дожига и сушки, камеры предваритель ного полива, пропиточные ванны, каме ры допропитки, покровные ванны, узлы намотки, турбосмесители, расходные бункеры |
328
Продолжение табл.
|
Вид промышленного производства |
Технологическое оборудование, являющееся источником загрязнения атмосферного воздуха |
|
Производство керамики |
Шахтные, вращающиеся, туннельные, конвейерные, роликовые печи обжига, газоструйные и шахтные мельницы, фриттоварочные печи, башенные рас пылительные сушилки, сушильные ба рабаны, смесители, грохоты, дробилки, конвейерные сушилки и др. |
|
Производство синтетических изделий |
Бегуны, вагранки, полигональные сита, выбивные решетки, галтовочные бара баны, формовочные машины, ванны грунтовки, асфальтирования, печи биту-мирования и сушки стержней, дробе-метные камеры, камеры окраски и др. |
|
Производство полимерных материалов |
Каландры, вулканизационные прессы, смесители, вальцы, шпрединг-установ-ки, термокамеры, транспортеры и др. |
|
Производство минераловатных изделий |
Узлы подготовки шихты, вагранки, ка меры тепловой обработки, узлы резки, съема, упаковки готовой продукции и др. |
|
Производство аккумуляторов |
Плавильные котлы, литейные автоматы, электроплавильные печи, ситовые мель ницы, смесители, сушила, ванны луже ния, гальванические ванны, баки элект ролита, мастиковарочные котлы, места пересыпки анодной и катодной массы, элеваторы, шаровые мельницы и др. |
|
Машиностроительное производство |
Вагранки, электропечи, технологиче ские печи, работающие на жидком и га зообразном топливе, сита, бегуны, бун кера, выбивные решетки, галтовочные барабаны, машины для приготовления стержней и стержневой смеси, разли вочные машины, окрасочные камеры, |
329
Окончание табл.
|
Вид промышленного производства |
Технологическое оборудование, являющееся источником загрязнения атмосферного воздуха |
|
котлоагрегаты, работающие на твердом, жидком и газообразном топливе, дере вообрабатывающие станки, окрасочные, пескоструйные, дробеметные камеры, ванны обезжиривания, травления, хро мирования, никелирования, фосфатиро-вания и др. |
|
|
Производство изоляционных материалов |
Пропиточные машины, котлы варки компаунда, печи вулканизации, смеси тели, отстойники эскапонового лака и др. |
|
Производство кабелей |
Установки лужения проводов, эмаль-аг регаты, свинцовые прессы, обмоточные машины, вальцы, резиносмесители и др. |
|
Абразивное производство |
Щековые дробилки, рудно-термические печи, сушильные барабаны, элеваторы, сепараторы, пневмотранспорт, грохоты, смесительные барабаны, мельницы си ликата и др. |
ЛИТЕРАТУРА
Афанасьев Ю.А., Фомин С.А. Мониторинг и методы контроля окру жающей среды. Учеб. пособие. М.: МНЭПУ, 1998.
Бэккер А.А., Агаев Т.В. Охрана и контроль загрязнения природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.
Валова В.Д. Основы экологии. М.: Дашков и К°, 2005.
Голицын АЛ. Экологическая экспертиза. М.: СПО, 2005.
Голицын А.Н. Экология вашего дома. М.: Солон-Пресс, 2003.
Денисов В.Н., Рогалев В.А. Проблемы экологизации автомобильно го транспорта. СПб.: МАИЭБ, 2004.
Зайцев В.А. Промышленная экология. М.: МХТИ, 2000.
Инструкция по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Л.: Знание, 1991.
Квасничкова Д., Калина В. Схемы по экологии. М.: Устойчивый мир, 2001.
Методические указания по организации и проведению режимных наблюдений за загрязнением поверхностных вод суши на сети Росгид ромета. РД. 52.24.309-92. СПб., 1992.
Методические указания по полевому обследованию и картографи рованию уровня загрязнения почвенного покрова техногенными вы бросами через атмосферу. М., 1980.
Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. М.: Молодая гвардия, 1990.
Муравьев А. Г. Руководство по определению показателей полевыми методами. СПб.: Крисмас+, 1999.
Мухина Е.А. Физико-химические методы анализа. М.: Химия, 1995.
Оценка и регулирование качества окружающей среды: Учеб. посо бие для инженера-эколога. М.: Изд. дом «Прибой», 1996.
Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отхо дов. М.: Стройиздат, 1990.
Правила охраны поверхностных вод от загрязнения. М.: Госком природа, 1991.
331
Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989.
Романенков П.Г., Курочкина М.И. Процессы и аппараты химиче ской промышленности. Л.: Химия, 1989.
Тарасов В.В., Тихонов И.О., Кручинина Н.Е. Мониторинг атмосфер ного воздуха: Учеб. пособие. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000.
Федеральный закон «Об отходах производства и потребления».
Федеральный закон «Об охране окружающей среды».
Голицин А.Н.
Г60 Промышленная экология и мониторинг загрязнения природной среды: Учебник / А.Н. Голицын. — М.: Издательство Оникс, 2007. — 336 с: ил. ISBN 978-5-488-00994-3
Учебник соответствует примерным программам Государственного образова тельного стандарта нового поколения по специальности 3201 «Охрана окружаю щей среды и рациональное использование природных ресурсов» и по другим спе циализациям. В дополнение к программному материалу приведены очень важ ные в практической работе специалистов-экологов справочные сведения и норма тивы: предельно допустимые концентрации веществ, загрязняющих атмосферу, и химических веществ в почве; источники загрязнения атмосферного воздуха; требования к питьевой воде; данные о влиянии качества воды, состояния почвы и шумовых воздействий на организм человека, а также формы ведения экологи ческой отчетности на производстве. Впервые в учебной литературе описаны мето дики расчета аппаратов защиты природной среды.
Для студентов учреждений среднего профессионального образования и непро фильных вузов, для учащихся старших классов с экологическим уклоном и всех тех, кто интересуется современными проблемами охраны окружающей среды.
УДК 504 ВБК 2018
Учебное издание
Голицын Артур Николаевич
Промышленная экология
и мониторинг загрязнения
природной среды
Учебник
Заведующая редакцией Л.В. Дудник
Редактор Т.И. Балашова
Дизайн обложки АЛ Чириков
Художественный редактор В.В. Горячев
Технический редактор ЛА. Данкова
Корректоры Л.В. Назарова, Э.Т. Имяшева
Компьютерная верстка ООО «Бета-Фрейм»
Общероссийский классификатор продукции ОК-005-93, том 2; 953005 - литература учебная
Подписано в печать 05.02.07.
Формат бОхЭО'Лб- Печать оясетная.
Усл. печ. л. 21,0. Тираж 3000 экз.
Заказ № 5998.
ООО «Издательство Оникс».
127422, Москва, ул. Тимирязевская, д. 38/25.
Отдел реализации: тел. (499) 794-05-25, (495) 110-02-50
Интернет-магазин: www.onyx.ru
Издание осуществлено при техническом участии ООО «Издательство ACT»
ОАО «Владимирская книжная типография»
600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7.
Качество печати соответствует качеству предоставленных диапозитивов
Т.Ф. Гурова, Л.В. Назаренко
«Основы экологии
и рационального
природопользования»
Учебное пособие соответствует новой программе по экологии и рассчитано на базовый курс. Состоит из трех разделов: «Осно вы экологии», «Городские и про мышленные экосистемы», «Раци ональное природопользование». Обеспечивает четкое знание фундаментальных основ эколо гии, законов функционирования экосистем, эволюции биосферы и места человека в ней. Способствует формированию экологического мышления.
Для студентов учреждений
среднего профессионального
образования
Допущено Министерством образования РФ
Книги «Издательства Оникс» можно приобрести
в интернет-магазине на сайте www.onyx.ru
или получить по почте, заказав бесплатный каталог по адресу:
107140, Москва, a/fo 140 «Книги по почте»
Оптовая торговля:
113452, Москва, Симферопольский бульвар, д. 25, к. 2 (3 этаж),
тел. (495) 119-50-46, 119-02-62, 110-02-50, 119-31-88, 119-01-83,
(499) 794-05-25