Культура России Москва ОНИКС 2007 УДК 504 ББК 2018 Г60 Рецензент- чл

Работа добавлена на сайт samzan.net:

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

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 6

Введение 9

Глава 1. Промышленная экология 13

1.1. Общие закономерности производственных

процессов 18

Экологически чистые производства 22
Источники воздействия на окружающую среду 28
Охрана атмосферного воздуха на предприятиях 41
Рациональное использование и охрана

от загрязнения воды на предприятиях 54

Твердые отходы производства 68
Производственный экологический контроль 82
Территориально-производственные комплексы 91
Промышленные экосистемы

и эколого-промышленные парки 95

Глава 2. Процессы и аппараты

зашиты природной среды 101

2.1. Методики расчета аппаратов очистки

газовых выбросов 101

Расчет циклона 101
Расчет аппаратов мокрой очистки газов от пыли 105
Расчет пенного пылеулавливателя 105
Расчет скруббера Вентури 111

2.2. Методики расчета аппаратов очистки сточных вод 115

Расчет отстойника 115
Расчет фильтров для суспензий 119
Расчет выпарного аппарата 121

2.3. Методика расчета теплообменных аппаратов 130

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

Единая государственная система
экологического мониторинга 152
Государственная служба наблюдения

за состоянием природной среды 159

3.3. Общие сведения о методах наблюдений 162

Контактные методы наблюдений 163
Дистанционные методы наблюдений 167
Биологические методы наблюдений 169

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

Виды проб 177
Отбор проб воздуха 178
Стабилизация и хранение проб воздуха 187
Проведение наблюдений за загрязнением
атмосферы на стационарных постах 190
Проведение наблюдений за загрязнением
атмосферы на маршрутных постах 191
Проведение наблюдений за загрязнением
атмосферы на передвижных (подфакельных)

постах 192

3.4.9. Наблюдения за загрязнением

атмосферного воздуха автотранспортом 193

Наблюдения за радиоактивным загрязнением
атмосферного воздуха 196
Мониторинг загрязнения снежного покрова 198
Наблюдения за фоновым состоянием
атмосферы 199
Обобщение результатов наблюдений

за уровнем загрязнения атмосферы 202

3.5. Наблюдения за загрязнением природных вод 203

3.5.1. Формирование сети пунктов контроля

качества поверхностных вод 205

Отбор проб воды 216
Отбор проб донных отложений 220
Наблюдения за загрязнением морских вод .... 221
Наблюдения за качеством природных вод

с помощью комплексных лабораторий 224

Стабилизация и хранение проб воды 227
Наблюдения за радиоактивным загрязнением
природных вод 232
Обобщение результатов наблюдений

за загрязнением природных вод 233

3.6. Наблюдения за загрязнением почв 233

Обобщенная программа мониторинга
загрязнения почв 234
Отбор, стабилизация и хранение

проб почвы 237

Контроль загрязнения почв пестицидами 238
Контроль загрязнения почв отходами
промышленного характера 242
Контроль радиоактивного

загрязнения почв 246

3.6.6. Обобщение результатов наблюдений

за загрязнением почв 249

3.7. Оценка состояния загрязнения

окружающей среды 250

Критерии качества окружающей среды 251
Оценка загрязнения атмосферного воздуха .... 254
Оценка загрязнения поверхностных вод 261
Нормирование выбросов (сбросов) 265
Оценка загрязнения почв . . 267
Оценка пространственных

масштабов загрязнения 270

3.8. Основы прогнозирования загрязнения

природной среды 271

3.8.1. Основные виды прогнозов

и методы прогнозирования 272

Прогноз зафязнения атмосферы 275
Прогноз загрязнения водных ресурсов 278

Глава 4. Приборы измерения и контроля

загрязняющих веществ 284

Сведения по метрологии 286
Приборы 1-го уровня 292
Приборы 2-го уровня 298
Приборы 3-го уровня 319

Приложения 321

Литература 332

Локальной экосистеме — семье автора: жене, Татьяне Яковлевне, и дочерям, Ольге и Юлии Голицыным, — посвящаю

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Промышленная экология» и «Мониторинг загрязнения природной среды» — главные учебные дисциплины в подготовке специалистов-экологов в учреждениях среднего экологического образования; наряду с курсом «Экологическая экспертиза» они включены в Государственный выпускной экзамен по специальности 3201 «Охрана окружающей среды и рациональное природопользование».

Настоящий учебник соответствует примерным программам Государственного образовательного стандарта по специальности 3201 нового поколения (2004 г.). Эти программы претерпели значительные изменения и по общему количеству учебных часов (а следовательно, по объему учебного материала), и по содержанию, и по современному 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 экологии, но и повысит уровень практической подготовки специалистов-экологов среднего звена: темами их дипломных работ могут быть разработка и расчет тех или иных эффективных очистных сооружений.

Учебник состоит из четырех глав («Промышленная экология», «Процессы и аппараты защиты окружающей среды», «Мониторинг загрязнения природной среды», «Приборы 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:

без знания экологических приборов невозможно проведение мониторинга загрязнения природной среды. В Приложениях приведен практический материал, необходимый в работе специалистов-экологов (ПДК загрязняющих веществ, формы экологической отчетности, промышленные источники выброса вредных веществ и т. п.).

Спецификой подготовки специалистов среднего звена является постановка акцента на практическом применении знаний, что учтено автором при работе над учебником. В дальнейшем было бы целесообразным для каждой из дисциплин разработать лабораторные практикумы, так как ввиду ограниченного объема учебника нет возможности привести подробные рекомендации по проведению производственной практики, лабораторных работ и практических занятий.

При разработке учебника был обобщен многолетний опыт преподавания автором экологических дисциплин в учебных заведениях среднего экологического образования.

При написании главы 1 использованы материалы профессора РХТУ им. Д.И. Менделеева В.А. Зайцева (по согласованию с ним) и несколько схем из наглядного пособия Д. Квасничковой и В. Камины; глава 2 написана при участии Н.С. Кухарь; при написании главы 4 автор использовал ряд наработок Е.А. Мухиной.

Автор глубоко благодарен В.А. Зайцеву, А.И. Радионову, Д. Квасничковой, И.И. Мазуру, Н.С. Кухарь, В.Д. Валовой, 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 оказали академики )Н.Н. Моисеев) и А.Г. Назаров; разработчики утвержденных примерных программ Государственного 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 замечания в адрес настоящего учебника.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время экологическую ситуацию в мире и в России можно оценить как неблагоприятную. По образному 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 общечеловеческие табу (законы и запреты, в том числе религиозные). Вторую подпорку — экологическую — человечеству еще необходимо создать. Ею может стать всемирный запрет: «Не навреди природе, в которой живешь!» Только в этом случае человечество может жить в условиях устойчивого равновесия.

Буквально за одно прошлое столетие перед человечеством возник ряд мировых проблем, вызванных техническим прогрессом. Наиболее значительные из них:

— парниковый эффект. Вызван колоссальным выбросом в атмосферу промышленными предприятиями и транспортом трехатомных газов (главным образом двуокиси углерода) и пыли. Землю окутывает «одеяло» из газов, лучи Солнца не переизлучаются от Земли в космос, что приводит к потеплению климата и таянию ледников;

озоновые дыры. Расположенный в верхней части
атмосферы щит Земли — слой озона — препятствует
попаданию на Землю ультрафиолетовых лучей Солнца.
Но под воздействием соединений фтора и хлора, а так
же оксидов азота озоновый слой разрушается, что чре
вато очень опасными для здоровья человека послед
ствиями, в частности заболеванием раком кожи — ме-
ланомой;
кислотные дожди. Их «инициатором» являются кис
лые газы (оксиды серы, азота и углерода). Такие дожди
отрицательно влияют на людей, животных, раститель
ность, в частности приводят к заболеваниям человека, к
снижению урожайности сельскохозяйственных культур,
вызывают коррозию металлов;
радиация. Чтобы оценить потенциальную опасность
ядерной энергии, достаточно вспомнить Хиросиму и На
гасаки, а также катастрофу на Чернобыльской АЭС;
опустынивание земель и засоление почвы. Выпадаю
щие на Землю вредные вещества, а также загрязненная
вода, попадающая в почву, в значительной степени
обедняют ее, делают непригодной для возделывания.
Промышленная и «дикая» вырубка лесов приводит к
образованию пустынь и вырождению целых экологичес
ких систем, к гибели различных видов животных и рас
тений.

Все перечисленные беды Земли связаны с ростом промышленного производства и увеличением количества транспортных средств.

Сегодня недостаточно только знать о ноосфере и трофических цепях — надо иметь понятие об очистных сооружениях и уметь их создавать и рассчитывать, как недостаточно родить ребенка — его надо защищать и научить выживанию. Недостаточно вырастить дерево — необходимо вырастить минимум сорок деревьев (вместе со студентами автор посадил на пустырях Москвы около двух тысяч саженцев).

При изучении промышленной экологии необходимо прежде всего обратить внимание студентов на технологические 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, химическое производство, промышленность строительных материалов, транспорт, особенно в мегаполисах.

Естественно, в рамках одной дисциплины изучить все технологии невозможно, но существуют общие закономерности их экологического совершенствования, о которых должен знать эколог-практик: принципы создания экологически чистых производств, рациональное использование отходов производства, применение водооборот-ных циклов, наболее эффективные способы захоронения ядовитых отходов, создание территориально-производственных комплексов и т. д.

Специалист-эколог среднего звена должен знать классификацию загрязняющих веществ и их предельно допустимые 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 приборов экспресс-анализа неплановых источников вредных выбросов и способы их устранения; он должен уметь составлять экологический паспорт предприятия. Именно техники-экологи на производстве измеряют объем вредных 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 масштабу измерений, их регулярности, а также по обобщению полученных данных и прогнозированию экологической ситуации.

В рамках дисциплины «Мониторинг загрязнения природной среды» выпускник учреждения среднего экологического образования должен:

иметь представление об уровнях Единой государст
венной системы экологического мониторинга в России
и глобальной системы мониторинга окружающей среды,
о методах прогнозирования экологической ситуации;
знать современные методы контроля окружающей
среды; современные требования государственных стан
дартов к состоянию атмосферы, природных вод и почвы;
показатели загрязнения воздуха, воды и почвы и основ
ные критерии для составления перечня загрязняющих ве
ществ, подлежащих контролю; устройство приборов эко
логического контроля (и владеть навыками работы с ни
ми);
уметь оформлять отчетную экологическую докумен
тацию при работе на стационарных и передвижных пос
тах наблюдения.

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 отходов, загрязняющих почву.

Дисциплина «Промышленная экология» является основой изучения курсов рационального природопользования и охраны окружающей природной среды.

Промышленные выбросы отрицательно влияют на окружающую среду. Снижение их количества и изменение (улучшение) их качества должно обеспечить охрану здоровья населения Земли. Необходимо оперативное вмешательство в процесс загрязнения природы, иначе уже в середине настоящего столетия человечество может оказаться на грани экологической катастрофы.

Рис. 1.1. Влияние технического прогресса на развитие цивилизации

На рис. 1.1 приведена схема негативного влияния технического прогресса на развитие цивилизации.

Как уже указывалось выше, основными техногенными проблемами на пороге XXI в. являются:

парниковый эффект (причина — выбросы промыш
ленными предприятиями и транспортом оксидов углеро
да, азота и серы, а также пыли, золы и сажи);
образование и расширение озоновых дыр в атмос
фере Земли (причина — промышленные выбросы фтор-
содержащих соединений, хлора и оксидов азота);
кислотные дожди (причина — промышленное за
грязнение атмосферы оксидами азота, серы и углерода);
радиация (причина — выбросы атомными электро
станциями изотопов урана, стронция, йода и других ра
диоактивных веществ);
опустынивание земель и засоление почвы (причина —
отрицательное влияние на окружающую среду кислотных
дождей и твердых отходов производства).

Рис. 1.2. Круговорот азота и его соединений в природе

На рис. 1.2 показан техногенный круговорот вредных веществ в природе на примере соединений азота.

Академик В.И. Вернадский в работе «Химическое строение биосферы Земли и ее окружение» писал: «Ни один живой организм в свободном состоянии на Земле не находится. Все эти организмы неразрывно и непрерывно связаны — прежде всего питанием и дыханием — с окружающей их материально-энергетической средой. Вне ее природных условий они существовать не могут». Вода, воздух и земля имеют свойство поглощать и очищать ядовитые выбросы. 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 окружающую 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-

носными являются следующие ТС: энергетика, транспорт (особенно автомобильный в крупных городах), металлургия, химическое производство, строительная промышленность, сырьевое производство.

К сожалению, на производство необходимой для человека продукции затрачивается только 2% сырья, все остальное превращается в отходы; некоторые из них токсичны (опасны для здоровья). На каждого жителя развитых 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 подразделяют на две части: защиту окружающей среды от загрязнения отходами производства и быта; повторное использование 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 восполнение потерь и расширение производства.

Промышленная экология — это наука, которая изучает экономическую деятельность людей и управление материальным производством во взаимосвязи с фундаментальными биологическими, химическими и физическими глобальными системами. Предмет изучения промышленной экологии — эколого-экономические и эколого-пра-вовые системы. В отличие от других экологических наук промышленная экология является наиболее функциональной, так как рассматривает взаимосвязь материального (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 основное количество энергии используется в производстве и потреблении необходимой человеку продукции, а материальное сырье в основном превращается в отходы.

Промышленная экология решает проблемы рационального использования природных ресурсов, предотвращения (на первом этапе — ограничения) загрязнения окружающей среды, совмещения техногенного и биогеохимического кругооборотов веществ. Иначе говоря, промышленная экология служит средством обеспечения устойчивого функционирования эколого-экономических систем.

Перед промышленной экологией поставлены и такие задачи, как контроль загрязнения окружающей среды (и как высшая форма контроля — мониторинг), анализ экологической ситуации. В широком понимании контроль включает в себя инвентаризацию материальных и энергетических ресурсов, качественную и количественную оценку влияния человека на окружающую среду и поиск путей снижения отрицательного воздействия на нее промышленности. К числу задач промышленной экологии относятся также: определение и ранжирование отраслей-загрязнителей и источников загрязнения; поиск путей снижения вредных выбросов источниками загрязнения с учетом снижения материальных затрат на природоохранную деятельность; прогнозирование последствий хозяйственной деятельности; экологизация промышленных технологий; очистка воздуха и воды; решение проблем использования или захоронения твердых промышленных и бытовых отходов, а также эколого-экономическая экспертиза вновь принимаемых проектов и технических решений.

Средства решения задач, стоящих перед промышленной экологией, включают в себя современные достижения науки и техники, экономические рычаги (налогообложение, стимулирование) и природоохранное законодательство (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 реализуются следующие методы, применяемые в промышленной экологии:

— предупреждение отрицательного влияния производства на окружающую среду;

эффективное использование сырьевых и энергети
ческих ресурсов, в том числе BMP и ВЭР;
учет последствий принятых решений;
планирование производства с учетом экологических
ограничений;
управление качеством окружающей среды;
наблюдение за всеми технологическими процесса
ми — от переработки сырья до захоронения отходов;
применение малоотходных процессов (к сожалению,
создание идеальных безотходных процессов в настоя
щее время невозможно);
рециркуляция ресурсов.

С точки зрения экологии в природе материальные потоки являются замкнутыми, в то время как в промышленности эти потоки рассредоточены и характеризуются малыми концентрациями полезных веществ в отходах, что мешает их эффективному использованию.

Важнейшие направления промышленной экологии — экологизация технологий, создание малоотходных процессов, очистка от вредных примесей атмосферы и водных ресурсов, переработка твердых отходов (или их захоронение), использование экономических и правовых рычагов 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 необходимой человеку продукции в промышленности, так же как и медицине, является принцип: «Приносить пользу и не вредить» (Гиппократ).

В настоящее время, когда человек хочет получить для себя слишком много благ, реализовать этот древний принцип (ему около 2500 лет) чрезвычайно трудно. Для произ-

водства пищи, одежды, жилья необходимо переработать много сырья и сжечь много топлива. К сожалению, сделать это, не нанося ущерба окружающей среде, невозможно. Однако пути снижения вредного воздействия промышленности на природу существуют. И прежде всего можно назвать следующие:

совершенствование с точки зрения экологии ис
пользуемых технологических процессов;
создание малоотходных (в идеале — безотходных)
производств;
очистка вредных выбросов, отравляющих атмос
феру, воду и почву.

Наиболее простым и дешевым (хоть и не самым эффективным) является первый путь.

Технология — это приемы и способы получения, обработки или переработки сырья, материалов или изделий, реализуемые в различных отраслях промышленности. Организация 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 должно 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, складирования и хранения сырья и продукции производства.

С экологической точки зрения наиболее эффективны следующие приемы и способы снижения вредного воздействия промышленности на окружающую среду:

— комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов. Как правило, более 30% стоимости сырья приходится на сопутствующие элементы. Например, в нефтеперерабатывающем производстве нефть очищается от серы, и эта элементарная чистая сера, естественно, должна использоваться в химической промышленности.

Что касается энергоресурсов, то, безусловно, целесообразно использовать тепло уходящих газов печей в котлах-утилизаторах (например, использование ВЭР) и направлять его в виде воды и пара для различных (не только технологических) нужд предприятия. Использование ВЭР приносит двоякую экологическую пользу: снижает тепловое загрязнение атмосферы и косвенно уменьшает степень загрязнения окружающей среды за счет того, что для получения необходимого количества тепла и электроэнергии не требуется сжигать топливо с выбросом в атмосферу С02 и NOx;

снижение количества стадий технологических про
цессов, так как на каждой стадии переработки сырья про
исходит его потеря и образуются отходы (например, объ
единение при получении бензина нескольких стадий тех
нологического процесса в одной ректификационной
колонне приводит к экономии сырья и повышению эко-
логичности производства);
внедрение непрерывных процессов позволяет сни
жать расход сырья и тепла;
автоматизация и компьютеризация дают возмож
ность осуществлять производственный процесс в узких
рамках оптимальных технологических параметров, что
сводит к минимуму потери сырья и топлива и обеспечи
вает безопасность производства. В частности, при перера
ботке нефти работа вручную не только неэффективна, но
и невозможна;
интенсификация технологических процессов обес
печивает экономию времени и энергоресурсов. При этом,
естественно, не должно снижаться качество выпускаемой
продукции;
создание комплексных энерготехнологических про
цессов, например в таких химических производствах, как
аммиачное. Увеличение производительности комплексно
го энерготехнологического процесса экономит сырье, ма
териалы и энергоресурсы;
максимально возможная замена первичных матери
альных и энергетических ресурсов на вторичные;

разработка комбинированных аппаратов (например,
многофункциональных ректификационных колонн) по
зволяет снизить расход материалов на их изготовление и
экологизировать процесс;
уменьшение размеров аппаратов при увеличении их
производительности за счет оптимизации технологиче
ского процесса. Такие аппараты занимают меньшую про
изводственную площадь, что снижает расходы на стро
ительство производственных зданий;
изготовление аппаратов повышенной герметич
ности, в частности автоклавов (аппаратов, работающих
под давлением). Во многих производствах, в том числе
при переработке нефти, утечка сырья и продукта недо
пустима, так как их возгорание может привести к эколо
гической катастрофе. Даже небольшая протечка в саль
никах насосов загрязняет почву вокруг технологических
аппаратов;
внедрение в производство современных эффектив
ных очистных сооружений;
применение новых конструкционных материалов
позволяет увеличить срок службы аппаратов за счет сни
жения скорости коррозии, снизить их вес;
научно-практическое обоснование качества ресурсов.
Например, совсем необязательно в производстве бензина
применять питьевую воду, на очистку которой расходует
ся много средств. Питьевую воду можно заменить техниче
ской и при необходимости использовать ее многократно;
предварительная подготовка сырья и топлива уде
шевляет и улучшает технологический процесс, а кроме
того, снижает его экологическую опасность (например,
извлечение серы из сырой нефти, обессеривание мазута,
подаваемого в котлы и печи, способствуют резкому сни
жению выбросов S02 в атмосферу);
замена высокотоксичных материалов (ртути, кад
мия, свинца) на менее ядовитые (например, при произ
водстве красителей, катализаторов, электролита);
замена привозного сырья на местное (например, до
бываемое попутно);

обеспечение безопасности продукции в соответ
ствии с нормами;
увеличение срока службы продуктов производства;
обеспечение регенерации и утилизации продукции,
т. е. возможности ее возвращения на предприятие после
выработки ресурса;
обеспечение удобства применения продукции (по
чинка, разборка, использование запчастей);
всемерная экономия материальных и энергетиче
ских ресурсов за счет организационных мер (правильная
организация работы смен, ликвидация простоев оборудо
вания и т. д.);
устранение запланированных и незапланированных
потерь сырья, материалов, энергоресурсов;
внедрение новых, более совершенных процессов и
аппаратов;
обеспечение экологического контроля сырья и про
дукции;
составление экологического паспорта предприятия;
осуществление постоянной отчетности перед эколо
гической службой и общественностью района, города, об
ласти;
недопущение в масштабах предприятия чрезвычай
ных экологических ситуаций.

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 экологии.

При выборе эффективных малозагрязняющих технологий 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 вредных выбросов, то «не сорить» позволяют разработка и внедрение малоотходных (или безотходных) технологий.

По определению, принятому Европейской экономической комиссией по малоотходным технологиям, безотходная (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 нормальное функционирование).

К сожалению, абсолютно чистым промышленное производство 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 котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает 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 природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды, с тем чтобы понизить риск для человечества. Применительно к процессам — это рациональное использование сырья и энергии; исключение применения токсичных сырьевых материалов; уменьшение количества всех выбросов и отходов, образующихся в процессе производства, а также степени их токсичности. Чистое производство означает уменьшение воздействия продукта на окружающую среду в течение всего его жизненного цикла — от добычи сырья до утилизации (или обезвреживания) после использования. Чистое производство достигается улучшением технологии, применением ноу-хау и изменением управления производством и способов утилизации побочных продуктов.

Решению проблемы создания малоотходных производств способствуют природоохранное законодательство Российской Федерации, а также применение экономиче-

ских рычагов (стимулирование экологических мероприятий, налоговые льготы, льготное кредитование экологически чистого производства, а также специальное налогообложение экологически вредной продукции).

Основные принципы создания и развития малоотходных технологий:

Системность производства продукции, т. е. его со
ответствие технологическим нормам; соблюдение очеред
ности технологических процессов; ответственность за на
рушение технологического процесса, повлекшее загрязне
ние окружающей среды.
Минимизация источников загрязняющих веществ
(например, уменьшение тепловых выбросов в атмосферу
благодаря установке котлов-утилизаторов за высокотем
пературными промышленными агрегатами или гасителей
шума и вибрации в движущихся частях аппаратов).
Комплексность использования материальных и энер
гетических ресурсов, т. е. всестороннее использование
сырья и продуктов производства (например, применение
в строительстве шлаков, образующихся в металлургиче
ских печах и энергетических котлах).
Замкнутость материальных потоков, т. е. поэтап
ное использование продукции технологических процессов
(например, воды, охлаждающей высокотемпературные ап
параты). •
Цикличность, т. е. многоразовость использования
сырья. Реализация цикличности — это попытка человека
подражать природе, в которой основным фактором ди
намики природных процессов является кругооборот ве
ществ.
Максимальное потребление компонентов сырья и
потенциала энергетических ресурсов. К сожалению, не
возможно целиком использовать сырье и энергию, поэто
му полностью безотходной технология быть не может, но
стремиться к ее большей экологизации, безусловно, необ
ходимо.
Соблюдение предприятием предельно допустимой эко
логической нагрузки (ПДЭН) и предельно допустимой кон-

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 определяется по формуле

К& = f • Км • Кэ • Ка,

где / — эмпирический коэффициент пропорциональности; Км — коэффициент использования материальных ресурсов; Кэ — коэффициент полноты использования энергетических 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 малоотходное; если же Км равен 0,9—0,98 — безотходное.

Направления создания малоотходных производств можно разделить на технические и организационные. Основные технические направления:

разработка и внедрение принципиально новых тех
нологических процессов, реализация которых позволяет
существенно уменьшить образование отходов. Примером
может служить внедрение на Московском нефтеперераба
тывающем заводе (МНПЗ) технологической линии полу
чения полипропилена;
применение малоэнергоемких процессов (напри
мер, использование методов порошковой металлургии
резко снижает теплопотребление на металлургических
предприятиях);
использование высокоэффективных методов тегаго-
и массообмена (например, кипящего слоя в установках
каталитического крекинга при переработке нефти);
замена прямоточных потоков материалов и тепло
носителей противоточными;
внедрение технологии с использованием кислорода,
водорода, озона, электрического тока. Следует, однако,

иметь в виду, что для их получения требуется значительный расход энергоресурсов, выработка которых связана со сжиганием топлива — процессом, загрязняющим атмосферу пылью, окислами азота и углерода. Примером эффективного применения кислорода в кипящем слое может служить кислородно-взвешенная плавка цветных металлов, разработанная в Гинцветмете;

использование эффекта сверхпроводимости, а также
технологий сверхвысоких давлений и температур;
использование механических методов вместо хими
ческих процессов с применением кислот и щелочей;
разработка высоких технологий, в частности плаз
менных и лазерных;
внедрение современных мембранных, ионообмен
ных, экстракционных методов выделения ценных (и ток
сичных) веществ;
применение при разработке месторождений эффек
тивных геотехнологических методов (например, подзем
ного выщелачивания);
внедрение безводных методов обогащения и пере
работки сырья;
замена огневой переработки руд и отходов гидроме
таллургическими методами, так как известно, что воду
очищать проще, чем газы;
изготовление биоразлагаемой тары (например, та
ких пакетов, которые в отличие от полиэтиленовых раз
лагаются в течение трех-пяти лет);
повторное использование отработанного сырья (на
пример, использование шлаков для производства керам
зита);
многоотраслевая кооперация (создание комбинатов
и комплексов заводов).

К организационным направлениям внедрения малоотходных 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

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 выбросов. Осадки после очистки воды перерабатывают и используют в виде вторичного сырья. Интересно отметить, что ранее складируемые шлаки уральских металлургических комбинатов содержат значительное количество металла и на современном уровне развития металлургии могут служить сырьем для вторичной его выплавки;

многоразовое использование материалов за счет ор
ганизации цикличных процессов. Это касается не только
воды, но и газов и материалов. Что касается материалов,
то примером может служить рациональное использование
катализаторов. Катализаторы ускоряют технологические
процессы. Они являются ценным материалом, и поэтому
их необходимо регенерировать, т. е. очищать и восстанав
ливать. При правильной организации процесса обеспечи
вается максимальный срок службы катализатора. После
регенерации он возвращается в технологический цикл, а
отходы регенерации удаляют с предприятия и перераба
тывают с извлечением ценных веществ. Утилизация BMP
и ВЭР — один из основных факторов создания малоот
ходных технологий;
комбинирование производств при организации
комплексного использования сырья, энергоресурсов и
продукции производства;
кооперация производств с учетом утилизации BMP
и ВЭР на крупных отечественных комбинатах, в частнос
ти на металлургических, вплоть до извлечения из шлако
вых отходов драгоценных металлов и редкоземельных
элементов;
научно-практическое обоснование района стро
ительства производства с учетом фонового загрязнения
окружающей среды и возможности кооперации с другими
производствами региона;
создание малоотходных ТПК и эколого-промыш-
ленных парков. При этом отходы одного предприятия ис-

пользуют на другом, а также решают вопросы рационального размещения жилых построек. Пример — Новомосковский 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 создании ТПК могла бы привести к реализации технического кругооборота веществ и энергии вначале в отдельных регионах, а затем в масштабах всей страны;

рациональная организация производства позволяет
увеличить объем выпуска продукции и расширить ее но
менклатуру и качество. В условиях рыночной экономики
эффективной организации производства придается все
возрастающее значение. Но погоня за прибылью не долж
на осуществляться за счет увеличения уровня выбросов
вредных веществ в окружающую среду;
создание региональных центров по переработке и
обезвреживанию отходов производства и быта. Однако
полигоны по захоронению твердых отходов — дорого
стоящее мероприятие, поэтому целесообразно извлекать
полезные вещества из мусора, снижая при этом расходы
на создание и эксплуатацию полигонов.

Таким образом, экологизация технологий, создание и развитие малоотходных производств должны рассматриваться во взаимосвязи для реализации одной цели — снижения отрицательного антропогенного влияния на окружающую среду.

1.3. Источники воздействия на окружающую среду

Основными отраслями, загрязняющими окружающую среду (ОС), являются транспорт (особенно автотранспорт мегаполисов), энергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, химическое производство (в том числе нефтеперерабатывающая отрасль), промышленность строительных материалов, легкая и пищевая промышленность, а также сельское хозяйство.

Промышленные и транспортные источники воздействия на окружающую среду определяются типом производства и видом используемого сырья. Источники загрязнения атмосферы (см. Приложение 1) классифицируют по:

назначению: технологические и вентиляционные
выбросы;
режиму работы: непрерывного действия, периоди
ческие или залповые;
месту расположения: высокие (трубы), низкие, на
земные;
геометрической форме: точечные и линейные;
дальности распространения выброса (из космоса
видны, например, многокилометровые желтые «лисьи
хвосты» от предприятий по производству аммиака).

Транспортные источники загрязнения окружающей среды

Негативное влияние на окружающую среду в той или иной мере оказывают все виды транспорта, однако максимальное количество загрязняющих веществ выбрасывает автомобильный транспорт. В крупных городах выбросы автотранспорта составляют свыше 80% всего количества выделяемых вредных веществ. В результате резкого увеличения количества легковых и грузовых автомобилей сократилось использование железных дорог, речного и морского флота. В США количество автомобилей увеличивается в 2 раза быстрее, чем численность населения; автомобили расходуют 63% общего объема потребляемой в стране нефти, а в Японии, Западной Европе и развивающихся странах — 40—50%. В большинстве крупных городов до 90% оксида углерода попадает в воздух вместе с выхлопными газами от автомобильных двигателей вследствие неполного сгорания углерода в моторном топливе. В городском воздухе оксид углерода содержится в большей 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 транспортными загрязнителями являются бенз-а-пирен, обладающий канцерогенными свойствами, и тетраэтилсвинец (мутаген).

При сгорании дизельного топлива выделяется сернистый газ, который, растворяясь в воде, образует серную кислоту, вызывающую коррозию металлов.

В воздухе городов присутствуют частицы свинца, образующиеся при сгорании бензина, в который вводят соединения этого металла для повышения октанового числа. 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 норме 10 мг/кг.

Транспорт способствует накоплению в атмосфере пыли. По сравнению с атмосферой над океаном загрязненность атмосферы над небольшим городом в 30—35 раз, а над крупным — в 50 раз больше. Покрытые бетоном и асфальтом автомобильные магистрали и автостоянки способствуют быстрому стоку воды и тем самым ухудшают состояние почвы из-за использования солей, применяемых во избежание оледенения дорожного полотна.

Тепло- и гидроэнергетические источники загрязнения окружающей среды

Продукты сгорания минерального топлива на тепло-электростациях (ТЭС) являются одним из основных источников загрязнения атмосферы. Энергетические установки во всем мире ежегодно выбрасывают в атмосферу около 1 млрд т золы и 400 млн т сернистого ангидрида. В результате сжигания топлива концентрация углекислого газа в атмосфере планеты увеличивается ежегодно на 0,03%. Зола, сажа и пыль, содержащиеся в воздухе, уменьшают прозрачность атмосферы. Кроме того, в состав 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 некоторых районах, где размещены крупные топливно-энергетические 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, физико-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 бури, ухудшающие санитарную обстановку прилегающих районов. Золоотвалы могут приводить к катастрофическим последствиям для природных комплексов окружающих их территорий и наносить значительный материальный ущерб. В настоящее время золошлаковые отвалы занимают в России площадь более 35 тыс. га.

На рис. 1.4 приведены энергетические источники выбросов вредных веществ в атмосферу.

Самостоятельную экологическую проблему представляет сброс сточных вод ТЭС в водоемы. Со сточными водами ТЭС сбрасывают целый ряд загрязняющих веществ, в том числе нефтепродукты, хлориды, сульфаты, соли тя-

Энертеские, AHeproycraH0BtaV^ I I t \

Электроэнергия

Тепловая энергия (в случае комбинированного производства теплоты и электроэнергии) Факторы воздействия на окружающую среду

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 воздушными потоками

Электромагнитное воздействие

Отвод теплоты в циркуляционных

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

желых металлов. В России сброс сточных вод ТЭС в водоемы 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 колонны, 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, применяемых при производстве цемента, стекла, кровельных материалов и керамики. Эксплуатация высокотемпературных печей приводит и к загрязнению природной среды выбросами оксидов углерода, азота и серы.

В машиностроении вредные вещества выбрасываются из вагранок, печей, разливочных машин и другого оборудования, применяемого при металлообработке. Особенно опасные вещества выделяются в гальванических цехах.

В легкой и пищевой промышленности помимо выбросов общих загрязнителей (оксидов азота и углерода) имеет 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 сбросов) вредных веществ — избыточно внесенные в почву химические удобрения и пестициды. При этом происходит не только загрязнение почвы, но и ухудшение качества 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.

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 машины, механизированный инструмент, прессы, системы вентиляции. Весьма значительный уровень шума создают транспорт (особенно в часы пик), процессы продувки пара на ТЭЦ, работа разливочных машин в металлургии.

Вибрация — это совокупность механических колебательных движений, повторяющихся через короткие промежутки времени; они передаются человеку при непосредственном контакте с движущимися аппаратами или их частями. Источниками вибрации являются возвратно-поступательные движущиеся системы, неуравновешенные вращающиеся массы и ударный инструмент. Наибольшим уровнем шума и вибрации характеризуются машиностроение, транспорт, энергетика и металлургия.

Ионизирующее излучение — это излучение электромагнитных волн при радиоактивном распаде и ядерных превращениях. При этом основными излучателями являются такие радиоактивные вещества, как уран-238, йод-131, стронций-90, газ радон и др. Основные источники радиоактивного излучения — реакторы АЭС, отходы производства и использования радиоактивных материалов, шлаки ТЭЦ, рентгеновские аппараты.

Источниками электромагнитного излучения являются трансформаторы, антенны, генераторы волн различной длины, лазеры, электробытовые приборы (печи СВЧ, телевизоры, компьютеры, неисправные розетки и т. п.), линии электропередач, системы автоматики, соленоиды и магниты.

Тепловым загрязнением называют антропогенное превышение температуры окружающей среды выше допустимого или комфортного уровня. Как и другие виды излучения, тепловое загрязнение отрицательно воздействует на человека. Основными источниками теплового загрязне-

2-5998

ния ОС являются котлы и турбины ТЭЦ, металлургические печи, высокотемпературные аппараты производства промышленных материалов, химические агрегаты. Эти источники, а также дым из труб промышленных предприятий становятся причиной превышения температуры в воздухе городов по сравнению с температурой в сельской местности. Тепловое загрязнение поверхностных вод происходит из-за горячих промышленных сбросов. Для предприятий энергетики, металлургии, машиностроения, химической промышленности необходимо весьма значительное количество охлаждающей воды. Сброс горячей воды от этих источников загрязнения приводит к повышению температуры воды в реках и озерах, а следовательно, к изменению экологических систем в них: в водоемах происходит изменение концентрации кислорода, цветение водорослей и угнетение биоты.

Стационарные и передвижные источники воздействия на окружающую среду

К стационарным источникам относится оборудование промышленных и бытовых предприятий, а также сельского хозяйства; передвижным источником загрязнения является транспорт.

Доля передвижных источников (транспортных средств) загрязнения атмосферы, воды и почвы существенно выше, чем стационарных. Общее количество загрязняющих веществ, поступивших в атмосферный воздух на территории 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

Принцип работы автомобильных двигателей основан на превращении химической энергии жидкого и газообразного топлива нефтяного происхождения в тепловую, а затем — в механическую энергию. Жидкое топливо в основном состоит из углеводородов, газообразное наряду с углеводородами содержит негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся окись углерода СО, углеводороды CmHn, оксиды азота. Кроме перечисленных веществ вредное воздействие 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 газов, 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, выделяющихся при работе дизелей, — отработавшие газы, в том числе оксид серы.

Наиболее неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и холостой ход двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на стандартных 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 .компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4—5 лет. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы.

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 вещество — 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. Отравлению угарным газом часто подвержены водители автотранспортных 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 — бесцветный газ; он не взаимодействует с водой и малорастворим в ней, не вступает в реакции с растворами кислот и щелочей. При обычных атмосферных условиях N0 полностью превращается в N02 — газ бурого цвета с характерным запахом. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углублениях, канавах и представляет большую опасность при техническом обслуживании транспортных средств.

Для человеческого организма оксиды азота еще более вредны, чем угарный газ. Общий характер воздействия меняется в зависимости от содержания различных оксидов азота. При контакте диоксида азота с влажной поверхностью (слизистые оболочки глаз, носа, бронхов) образуются 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

отек легких. Вдыхая воздух, содержащий оксиды азота в высоких концентрациях, человек не ощущает этого и потому не предполагает отрицательных последствий для себя. При длительном воздействии оксидов азота в концентрациях, превышающих норму, люди заболевают хроническим бронхитом, воспалением слизистой желудочно-кишечного 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-сосудистую систему человека. Углеводородные соединения отработавших газов наряду с токсичным обладают и канцерогенным действием. Канцерогены — вещества, способствующие возникновению и развитию злокачественных новообразований.

Под действием ультрафиолетового излучения Солнца углеводороды вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются новые токсичные продукты, являющиеся основой смога. Главный токсичный компонент смога — озон.

К фотооксидантам также относятся угарный газ, соединения азота и др. Фотооксид анты биологически активны, оказывают вредное воздействие на живые организмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболеваний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости.

Пятая группа. Ее составляют органические соединения — альдегиды.

В отработавших газах присутствуют в основном формальдегид, 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 запахом, тяжелее воздуха, легко растворяется в воде. Он раздражает слизистые оболочки человека, дыхательные пути,

поражает центральную нервную систему; обусловливает запах отработавших газов, особенно у дизелей. Акролеин, или альдегид акриловой кислоты, — бесцветный ядовитый газ с запахом подгоревших жиров. Оказывает раздражающее воздействие на слизистые оболочки. Уксусный альдегид — газ с резким запахом и токсичным воздействием на человеческий организм.

Шестая группа. В нее входят взвешенные твердые вещества: продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар 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 золу, кислые сульфаты или нитраты, дым, содержащий полициклические ароматические углеводороды, тонкодисперсную пыль, остатки свинца и асбеста.

Сажа, создавая дымный шлейф за транспортным средством, 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 сажевых (твердых) частиц во многих странах находят применение сажевые фильтры.

Седьмая группа. В эту группу входят сернистые соединения — такие неорганические газы, как сернистый ангидрид и сероводород, которые образуются в составе отработавших газов двигателя, если в транспортном средстве применяют топливо с повышенным содержанием серы. В дизельном топливе по сравнению с другими видами топлива, используемыми на транспорте, присутствует значительно больше серы.

Для отечественных месторождений нефти (особенно в восточных районах) характерен высокий процент присут-

ствия серы и сернистых соединений. Поэтому и дизельное топливо, получаемое по устаревшим технологиям, отличается более тяжелым фракционным составом и вместе с тем хуже очищено от сернистых и парафиновых соединений. Согласно европейским стандартам, введенным в действие в 1996 г., содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л, а по российскому стандарту — 1,7 г/л. Наличие серы усиливает токсичность обработавших газов дизелей и является причиной появления 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 концентрации (свыше 0,01%) — к отравлению организма. Сернистый ангидрид губительно воздействует и на растительный мир.

Восьмая группа. Компоненты этой группы — свинец и его соединения — встречаются в отработавших газах карбюраторов автомобилей только при использовании этилированного бензина с присадкой, повышающей октановое число. Оно определяет способность двигателя работать без детонации. Чем выше октановое число, тем более стоек бензин против детонации. Увеличение октанового числа бензина способствует снижению возможности наступления 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 прилегающей 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.

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 технологический процесс. Эти источники контролируются экологическими службами предприятия, а также внешними экологическими службами и органами Санэпиднад-зора.

Неорганизованные источники загрязнения — это неплановые и чаще всего неучтенные источники выброса вредных веществ, которыми отличаются небольшие производства и вновь открытые коммерческие фирмы с недостаточным уровнем экологического обеспечения. Контролировать такие источники весьма затруднительно, и поэтому 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); ужесточение требований системы экологической экспертизы при выдаче положительных решений на открытие новых производств и эксплуатацию существующего технологического оборудования.

Регулируемые источники загрязнения — это организованные источники; основные направления работы с ними — снижение количества вредных выбросов, а также замена более опасных видов загрязнения менее опасными (например, перевод автомобилей на газовое топливо).

Нерегулируемые источники загрязнения — это, как правило, источники выброса вредных веществ, происходящего в условиях чрезвычайной ситуации. В этих условиях ограничить объем вредных выбросов весьма за-

труднительно. Однако и для этих источников разработаны инструкции по безопасной работе технологического оборудования.

Основным требованием, предъявляемым к организаторам производства и экологическим службам, является снижение количества неорганизованных и нерегулируемых источников загрязнения ОС и перевод их в организованные и регулируемые источники. Экологические службы на федеральном и региональном уровнях проводят регулярную инвентаризацию (учет) источников загрязнения ОС. Эту работу проводят также специалисты ОВОС с целью 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 выбросов вредных веществ в ОС и периодичность инвентаризации зависят от вида источника загрязнения; она проводится в соответствии с Государственными стандартами РФ по охране атмосферы, воды и почвы.

1.4. Охрана атмосферного воздуха на предприятиях

Критериями оценки объема выбросов веществ, загрязняющих атмосферу, по их видам являются предельно допустимая 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 кратковременном (20 мин) воздействии. Среднесуточная ПДК (ПДКС с) не должна оказывать вредного влияния на орга-

низм человека в течение долговременного круглосуточного воздействия.

ПДК основных веществ, загрязняющих атмосферу, приведены в Приложении 1.

Нормальные условия существования человека обеспечиваются при соблюдении следующего неравенства:

пдк; + пдк^ + - + пдк;< '

где С|, с2, ..., сп — реальная концентрация веществ, мг/м3, мг/л, мг/кг; ЙДК^ ПДК2, ..., ПДК„ — предельно допустимая концентрация веществ.

Научно-технический норматив ПДВ изменяется во времени и устанавливается для каждого источника организованного выброса при условии, что выброс вредных веществ при их рассеивании не создает приземной концентрации, превышающей предельно допустимую.

Расчет ПДВ для дымовых труб промышленных предприятий проводят по формуле

ТЩВ~ AF-mn '

где Н — высота дымовой трубы, м; V^ — количество уходящих 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 загрязняющего вещества, условий выхода газов из трубы.

Классификацию промышленных выбросов с учетом их ПДК проводят по следующим показателям:

по среде загрязнения (атмосфера, вода, почва);
по токсичности вредных веществ.

Наибольшее влияние на качество атмосферы оказывают следующие вещества:

монооксид и диоксид углерода (СО и С02);
диоксид серы (S02);

монооксид и диоксид азота (N0 и N02), закись азо
та (N20) (вместе — N0X);
летучие органические соединения: метан (СН4),
бензол (С6Н3), хлорфторуглероды, фенол;
взвешенные частицы (капли): пыль, сажа (углерод),
асбест, соли свинца, мышьяк, серная кислота, нефть;
суперэкотоксиканты: диоксины, бенз-а-пирен, гек-
сахлорциклогексан, N-нитродиметиламин, нефтиламин,
трихлордифенил, пентахлорбифенил;
окислители: озон, перекись водорода, формальде
гид;
галогены (хлор и фтор) и фреоны;
радиоактивные вещества: радон-222, йод-131, строн-
ций-90, плутоний-239.

Радиоактивные вещества нормируются по предельно допустимой дозе облучения (ПДЦ). Значения ПДД приведены в специальной литературе. Радиоактивный фон не должен превышать 20 мкР/ч; смертельный уровень радиации — 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 суперэкотоксиканты (например, ПДК некоторых диоксинов в атмосфере достигает 5—10 мг/м3 — это молекулярный уровень), чрезвычайно опасны N-нитродиметиламин, бенз-а-пирен, сероводород, нитробензол, фтористые соединения, фенол, дихлорэтан, аммиак, коксовая пыль. Из газовых загрязнителей, наиболее часто выбрасываемых в атмосферу, первое место занимают оксиды азота, второе — двуокись серы, третье — оксиды углерода. Если ранжировать их по степени относительной опасности, то верным будет соотношение 20 : 12 : 1.

Особое место среди загрязнителей ОС занимают радионуклиды. Этот джинн, выпущенный человеком из бутылки в XX в., убивает живые клетки, и природа от него практически не самоочищается (периоды полураспада радионуклидов длятся годами и десятилетиями).

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 концентрация оксидов азота и сероуглерода в воздухе превышает 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 предприятий — это и забота о здоровье человека (по некоторым данным, причина 25% смертных случаев — отравленная атмосфера), и возможность возврата в производство ценных 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-металлургическом комбинате заинтересовала в первую очередь технологов, а затем энергетиков, потому что эти котлы-утилизаторы служат отстойниками пылевыноса из металлургических 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, которые 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 дымовых газов и по возможности устранение причин образования вредных веществ. Например, в энергетике применяют целый ряд средств снижения образования оксидов серы и азота при сжигании топлива путем совершенствования топочных процессов.

Методы очистки газовых выбросов классифицируют:

по виду загрязнения: от пылевыноса, от тумана и
брызг, от газообразных примесей, от парообразных при
месей;
по процессу очистки: механические (пылеосадитель-
ные камеры, циклоны, фильтры, мокрые пылеулавлива
тели, электрофильтры) и физико-химические (абсорберы,
адсорберы, каталитические реакторы).

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 отстойник, ударяется о верхнюю перегородку; крупные частицы оседают в первом бункере. Затем направление потоков газов 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

Эффективность механических методов очистки газовых 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 применяют 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 закручивается, 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 извлекают ценные вещества для повторного использования в производстве.

Очищенные газы

Запыленные газы

*ш

Бункер

Пыль

Рис. 1.6. Схема циклона для пылеулавливания

Циклон улавливает около 65% пыли. Затраты на материалы для его изготовления меньше, чем для изготовления пылеотстойников. Чем меньше диаметр аппарата, тем больше степень крутки потока и, следовательно, тем выше эффективность циклона (но при этом возрастает сопротивление 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 объединяют в мультициклоны.

Радикальным средством очистки газов от пыли являются фильтры различной конструкции. Эти аппараты просты в эксплуатации, но требуют затрат энергии на преодоление сопротивления фильтрующего элемента (ткани, слоя зернистых материалов, перфорированных перегородок). Диаметр улавливаемых частиц зависит от размера ячейки фильтра. Степень очистки даже от мелких частиц (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 аппаратов газоочистки необходимо учитывать экономические затраты.

Л Шлам

аппарата Рис. 1.7. Схема скруббера

Схема мокрого пылеулавливателя — скруббера — показана на рис. 1.7. В скруббер запыленные газы подают снизу. Поднимаясь, они встречаются с каплями орошающей воды; пыль прилипает к каплям, осаждается в бункер скруббера и в виде шлама направляется на до-очистку и использование. Очищенные газы удаляются из

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 ионизация молекул электрическим разрядом. Под действием разряда пылинки осаждаются на коронирующем электроде. Степень очистки газов в электрофильтре — 97%. Преимущества электрофильтров заключаются в их способности очищать газы от мелких частиц (от 0,2 мкм) и отказе 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 методы. Туманы из газов удаляют с помощью фильтров или мокрых электрофильтров.

Физико-химические методы очистки газов

Аппараты для физико-химической очистки газов называют абсорберами; они представляют собой скрубберы, в которые подается не вода, а жидкий реагент. В отличие от обычных скрубберов в абсорберах имеется насадка для увеличения площади контакта жидкости и газов. В них происходит механическая и главным образом химическая очистка газов от таких вредных выбросов, как оксиды азота, серы, угля, от сероуглерода и меркаптанов. (Схему и метод расчета абсорбера — пенного улавливателя — см. в гл. 2.)

Очистка газов от оксидов азота происходит следующим 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 очистки 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 отношении гипс (CaS04 • 2Н20), который используют в строительстве.

При очистке газов от сероводорода применяют различные абсорбенты типа Fe2C03. При этом следует иметь

CaCOJCaSOJ

Шлам

Рис. 1.8. Схема известкового (известнякового) метода очистки газов от SO,

в виду, что очистка газов от H2S (и сероуглерода CS2) связана с интенсивной коррозией металла труб и аппаратов.

Очистку газов от соединений фтора и хлора проводят с помощью солей аммония и растворов щелочей.

Адсорбционная очистка газов протекает при их контакте с твердыми веществами (адсорбентами). Расход газов при этом не должен быть большим; процесс очистки в отличие от абсорбции может проводиться при повышенных температурах. Основными адсорбентами являются алю-могель, цеолиты и иониты. Наиболее эффективны методы адсорбционной очистки газов от растворителей, фенола и этанола, от NOx, S02, фтора, хлора, сероводорода, ртути (с использованием марганцовой руды).

Каталитическую очистку проводят в специальных реакторах, 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 «отравляться» (чаще всего серой) и поэтому нуждаются в регенерации (восстановлении). Отходы регенерации катализаторов, 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 (авторское свидетельство № 1663364).

Для очистки газов от оксидов серы применяют, как правило, ванадиевый катализатор. Каталитическая очистка эффективна при удалении из газов органических веществ и оксида углерода.

Для высокотемпературного обезвреживания легко-окисляемых, токсичных и дурно пахнущих газов применяют печи различных конструкций. В печах происходит сжигание вредных веществ в атмосфере кислорода. Характерным примером очистки газов этим методом является применение факела на нефтеперерабатывающих заводах. Некоторые защитники природы считают факелы

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 одну магистраль, подают в трубу и на высоте 100 м сжигают. Выброс этих отходов производства без сжигания недопустим, так как они не только ядовиты, но и взрывоопасны. (Автор предлагал установить на МНПЗ вокруг этого факела котел-утилизатор, однако по ряду причин, в том числе субъективных, это не удалось.) Преимущество метода 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

Выбор метода очистки зависит от многих факторов: объема, расхода и температуры загрязненных газов, характера загрязнения, начальной и конечной (требуемой) концентрации вредных веществ, содержания примесей, возможности вторичного использования отходов, наличия химических веществ, необходимых для проведения процесса очистки. Каждый раз следует проводить технико-экономический расчет и выбирать вариант с наименьшими затратами.

Пылеосадительные камеры применяют для улавливания крупной пыли; циклоны — при концентрации пыли выше 2 г/м3 и незначительной глубине очистки; скрубберы 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); тканые фильтры применяют для высокой степени очистки, при необходимости доиспользования пыли и низкой температуре; электрофильтры — при больших расходах газа и высокой температуре, а также при необходимости использовать ценные качества пылевыноса.

Замкнутые газооборотные циклы

В отличие от воды газ как носитель вредных примесей трудно «собрать» воедино, например, со всего предприятия, очистить и снова запустить в процесс. Газообразные выбросы (дымовые газы котлов и печей) частично очищают и направляют в дымовые трубы, которые чем выше, тем лучше рассеивают вредные вещества. К тому же воздух не является таким ценным сырьем, как вода, и его повторное использование экологически менее эффективно.

Технологические аппараты, использующие воздух, работают, 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 газооборотных циклов. На горно-обогатительных комбинатах по про-

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 необходимости разбавляют свежим воздухом и снова направляют вентиляторами в цеха. Уловленный асбест используют 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 помещений разрежен во избежание попадания в атмосферу радионуклидов. Воздух этих помещений подвергают очистке и рециркуляции.

В энергетических котлах, устанавливаемых на ТЭЦ, целесообразно обеспечить рециркуляцию дымовых газов из «хвоста» котла (из воздухонагревателей или экономайзеров) в топку. Это способствует более эффективному сжиганию топлива, так как повышает температуру наддува в горелках. Между «хвостами» котлов и горелками дымовой 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 вступает в химические реакции, однако его необходимо очищать от вредных взвешенных и газообразных веществ. При работе в замкнутых системах (под водой или в космосе) без регенерации и повторного использования воздуха обойтись нельзя; здесь его очистка проходит с учетом гигиенических требований.

В настоящее время разработаны схемы газообразных циклов при производстве фосфорных удобрений. С некоторыми оговорками можно считать газообразным циклом сбор отходящих газов из аппаратов нефтеперерабатывающих заводов для последующего их сжигания в факеле.

Организация замкнутых газообразных циклов — дело будущего, но уже сейчас ученым и инженерам необходимо

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 — самый важный минерал на Земле. В промышленности вода играет важнейшую роль: она используется как сырье, теплоноситель, хладагент, растворитель, источник получения водорода и кислорода; водный транспорт — одно из основных средств перевозки сырья и материалов и т. д.

Основными веществами, загрязняющими воду, являются:

нефть и нефтепродукты;
поверхностно-активные вещества (синтетические
моющие средства);
кислоты и щелочи;
пестициды и гербициды;
загрязнители атмосферы (за счет осаждения);
загрязнители почвы (за счет вымывания);
органические вещества;
ядохимикаты;
горюче-смазочные материалы.

ПДК некоторых вредных веществ в водоемах хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного назначения, а также свойства питьевой воды см. в Приложении 1.

Воду загрязняет и избыточный кислород. Биологическая потребность в кислороде (БПК5) — количество кислорода, которое необходимо биологическим организмам для окисления в течение пяти суток 1 л воды. Химическая потребность в кислороде (ХПК) — количество кислорода, которое требуется для окисления окислителем органических и неорганических веществ, находящихся в 1 л воды.

Классификация воды по целевому назначению приведена на рис. 1.10.

Вода

Хозяйственно-питьевая

Техническая

Энергетическая

+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 промышленность, энергетика, нефтепереработка), жилищно-бы-товой сектор. Питьевая вода должна быть чистой и безопасной 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 очередь. Поливная вода может подаваться на поля из водоемов без очистки. Энергетическая вода должна быть особо чистой и обессоленной, так как из нее вырабатывается пар, который циркулирует в трубах котлов ТЭЦ. Охлаждающая вода потребляется в промышленности в большом количестве (55—80% общего количества воды, используемой в производстве), чаще всего тепло воде передается (или отнимается) через стенки труб, как говорят энергетики, «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 случая.

Что касается питьевой воды, которая используется в системах и водяного отопления, и горячего водоснабжения, то мы тратим ее слишком расточительно. Каждый москвич расходует свыше 400 л в сутки, в то время как лондонец — 170, а парижанин — 160 л.

Большое количество воды тратится на разбавление загрязненных сточных вод. Чтобы добиться нормированного уровня загрязнения сточных вод, на предприятиях их разбавляют водопроводной водой, что дешевле очистки, но бесхозяйственно и неэкономично.

При использовании в производственных процессах вода нагревается (или охлаждается); вследствие утечек, испарения и разбрызгивания она теряется. С точки зрения

экологии главным свойством воды является ее превращение в загрязненные стоки. Загрязнение воды вызывает следующие изменения ее качества:

снижение рН пресных вод в результате их загрязне
ния серной и азотной кислотами из атмосферы (кислот
ные дожди), увеличение содержания в них сульфатов и
нитратов;
повышение содержания кальция, магния, кремния

в подземных и речных водах вследствие вымывания и рас- v творения подкисленными дождевыми водами горных пород;

повышение содержания в природных водах солей
тяжелых металлов, прежде всего свинца, кадмия, ртути,
мышьяка и цинка, а также фосфатов, нитратов, нитритов
и др.;
повышение в поверхностных и подземных водах со
держания солей в результате их поступления со сточными
водами, из атмосферы и за счет смыва твердых отходов;
повышение содержания в водах органических со
единений, прежде всего биологически стойких (поверхно
стно-активных веществ, пестицидов, суперэкотоксикан-
тов, продуктов их распада и других токсичных, канцеро
генных и мутагенных веществ);
снижение содержания кислорода в природных водах;
снижение прозрачности воды в водоемах (в загряз
ненных водах размножаются вирусы и бактерии, возбуди
тели инфекционных заболеваний);
потенциальное загрязнение природных вод радио
активными изотопами.

Для устранения загрязнения сточных вод применяют различные методы очистки, которые классифицируют: по типу процесса очистки:

гидромеханические (процеживание и отстаивание,
улавливание всплывающих материалов, фильтрование и
центрифугирование);
физико-химические (коагуляция и флокуляция, фло
тация, адсорбция, ионный обмен, экстракция, обратный
осмос, десорбция, электрохимические методы);

химические (нейтрализация, окисление и восста
новление, удаление ионов тяжелых металлов);
биохимические (аэробные и анаэробные);
термические (выпаривание и сжигание);
по виду изменения вредных веществ:
методы выделения примесей без изменения их хи
мического состава и агрегатного состояния;
методы превращения примесей в другие формы и
состояния;
биологические методы;
по видам загрязнения:
очистка от твердых частиц (процеживание, отста
ивание, механическое разделение, фильтрование);
очистка от маслопродуктов (отстаивание, механиче
ское разделение, флотация, фильтрование);
очистка от растворимых примесей (экстракция, сорб
ция, нейтрализация, электрокоагуляция, ионный обмен,
озонирование, кондиционирование, обезвоживание);
очистка от органических примесей (применение ис
кусственных и естественных сооружений с использовани
ем биологических фильтров).

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 сточных вод от крупных механических примесей во избежание засорения труб, каналов и насосов гидросистемы. Для этого применяют решетки и сита с различными размерами ячеек в зависимости от характера загрязнения. Решетки бывают подвижными и неподвижными; очистку их от крупных частиц проводят с помощью граблей.

Отстойники и песколовки предназначены для предварительной очистки сточных вод от минеральных и органических твердых загрязнений со сравнительно большими размерами частиц (0,2—0,25 мм). На рис. 1.12 показана схема простейшего отстойника сбросов воды.

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

В бункер песколовки, часто ставят элеватор для беспрерывного удаления песка. Скорость движения воды в отстойнике невелика (0,3 м/с). Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие размеры: отстойники занимают много места, к тому же на их изготовление идет значительное количество материалов (металла, 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 части аппарата. После нефтеловушек (как и после отстойников) 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-

тицы оседают под действием центробежной силы. По конфигурации и действию они аналогичны циклонам, применяемым для очистки газов от пыли. Степень очистки в гидроциклонах выше, чем у других аппаратов механической очистки: она достигает 70%.

Физико-химические методы очистки сточных вод

Процесс укрупнения мелких частиц (1—100 мкм) с последующим удалением их под действием силы тяжести называют коагуляцией. Если же удельный вес этих частиц ниже удельного веса воды (эмульгированные частицы масел, жира и т. д.), то процесс называют флокуляцией. По аналогии с отстойником и нефтеловушкой в коагуляторах и флокуляторах удаление вредных примесей происходит соответственно из нижней или верхней части аппарата. При коагуляции в воду добавляют коагулянты (соли алюминия, железа или их смеси), которые образуют хлопья 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 пенообразователей в воду добавляют сосновое масло, креозол, фенолы. Они способствуют прилипанию частиц к пузырькам пены, которая затем выводится из аппарата. Флотация имеет высокую степень очистки (95—98%), снижает концентрацию легкоокисляемых веществ, уменьшает количество бактерий и микроорганизмов. Недостатком флотации является применение в процессе вредных веществ (например, фенолов).

Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от фенолов, пестицидов, ароматических соединений, красителей и т. д.

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 адсорбционных установках при перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании ее через слой адсорбента или в кипящем слое. При этом размер частиц адсорбента составляет 0,1 мм. Серьезной проблемой является последующая очистка (регенерация) сорбента. Этот метод имеет ряд преимуществ, в том числе высокую степень очистки (80—95%), возможность улавливания токсичных веществ при невысокой их концентрации, очистки сточных вод, содержащих несколько вредных веществ, а также 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, обладающей способностью обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. В качестве твердой фазы (ионитов) применяют алюмосиликаты, фторапатит, силикогели, гидроксиды алюминия, хрома и т. д. Преимуществами процесса являются возможность рекуперировать ценные вещества из загрязнений, высокая степень очистки, удаление высокотоксичных 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, органических 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 смешивания сточной воды с экстрагентом (органическим рас-

творителем), разделения чистой воды и загрязнений, регенерации загрязнений. Этот метод применяют тогда, когда стоимость удаляемых веществ (например, ценных металлов) компенсирует затраты на проведение процесса.

Обратный осмос — это процесс фильтрования растворов 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 очищает воду от меркаптанов, аминов, альдегидов; с помощью дегазации из воды удаляют вещества, вызывающие коррозию.

Электрохимические методы включают в себя анодное окисление, катодное восстановление, электрокоагуляцию, электрофлокуляцию и электродиализ. Как видно из названий, 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 ионизированных веществ.

Химические методы очистки сточных вод

Нейтрализацию проводят в сточных водах, содержащих кислоты или щелочи, таким образом, чтобы показатель рН имел значение от 6,5 до 8,5. Нейтрализовать сточные воды можно смешиванием одних вод с другими (кислые — с щелочными), добавлением необходимых реагентов, фильтрованием, прокачкой кислых вод через нейтральные материалы, пропусканием через щелочные воды кислых газов.

Окисление сточных вод проводят хлором, перекисью водорода, кислородом воздуха, диоксидом марганца, озоном.

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 натрия, карбонатов и сульфидов натрия, феррохромного шлака и т. п.

Биохимические методы очистки сточных вод

Эти методы основаны на способности некоторых микроорганизмов использовать вредные (чаще всего органические) вещества для своего питания в процессе жизнедеятельности. Контактируя с этими вредными веществами, микробы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы и др. Вид используемых микроорганизмов — активный ил либо биопленки. Биохимическая очистка сточных вод может осуществляться в природных условиях (поля орошения, биологические пруды) или в искусственных сооружениях (аэротенках, биофильтрах).

Аэробную (с потреблением микробами кислорода) и анаэробную (без потребления кислорода) очистку осуществляют 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 методы очистки малоэффективны. При этом конденсат используют в производстве, а концентрированный раствор сжигают.

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 полистирола для Щекинского завода пластмасс. Извлечение полистирола из сточных вод — чрезвычайно сложная задача, а закачка в скважины связана с загрязнением подземных вод. Поэтому было решено стоки сначала выпарить, а затем сжечь. Это достаточно дорогой энерготехнологический процесс, который необходимо было вести при высокой температуре во избежание образования супер-экотоксикантов.

Общая оценка степени очистки сточных вод по процессам 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;

наличия у предприятия энергетических и матери
альных ресурсов и производственных площадей, необхо
димых для очистки воды;
эффективности процесса обезвреживания.

Замкнутые водооборотные циклы

Создание замкнутых водооборотных систем — важнейшее направление охраны гидросферы от загрязнения. Для рационального использования воды на предприятиях наиболее перспективными являются следующие мероприятия:

внедрение безводных (или маловодных) технологи
ческих процессов. Например, применение на МНПЗ ап
паратов воздушного захолаживания позволяет снизить
расход охлаждающей воды;
устранение протечек и потерь воды вследствие брызг
в системе водоснабжения за счет совершенствования

3-5998

технологических- процессов и оборудования, а также за счет правильной организации производства;

использование тепла химических реакций;
использование вторичных материальных и энерге
тических ресурсов — регенерация кислот, щелочей, солей
и т. п.;
использование воды для очистки уходящих газов в
тех случаях, когда из газов извлекают ценные вещества;
внедрение местных систем обезвреживания стоков.
Так, кроме общезаводского в каждом цехе МНПЗ имеет
ся собственный водооборотный цикл с местной системой
очистки воды, что позволяет утилизировать ценные ком
поненты отходов и создает вторую степень защиты на
ружной водной системы (Москвы-реки) от вредных сто
ков;
создание замкнутых водооборотных циклов предпо
лагает сбор и использование не только очищенных сто
ков, но и ливневых вод.

Производство

Очистные сооружения

Шлам"

Насосная станция

Подпитка

Рис. 1.14. Схема оборотного водоснабжения

Что же такое водооборотный цикл? Это многократное 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 насосную станцию вновь возвращается на производство. Перед насосной станцией происходит восполнение потерь воды, которые, к сожалению, неизбежны, а из очистных сооружений ил (твердый осадок) удаляется либо на очистку, либо на захоронение. Расход свежей воды из источника на подпитку составляет 1,4 м3/г нефти; расход оборотной воды — 51 м3/т нефти.

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,

> 1;

коэффициент безвозвратного потребления воды и ее потерь в производстве (в %):

*п = тКтг • ЮО,

Уоб + ^и

где Qo6 — количество оборотной воды, м3/ч; QK — количество воды, забираемое из источника водоснабжения, м3/ч; (?сб — количество воды, сбрасываемое предприятием, 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 предприятий к жилым массивам.

Преимущество замкнутых водооборотных циклов перед разомкнутыми очевидно, так как очистка большого количества воды до необходимой кондиции перед сбросом 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*

включенной в водооборот, не такие жесткие, как к питьевой, 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 коррозии; часто воду из цикла приходится охлаждать в градирнях, что ведет к потерям воды с брызгами; в трубах и резервуарах системы часто происходит так называемое биологическое обрастание (образование водорослей), для борьбы с этим явлением приходится выводить часть воды из цикла и взамен добавлять свежую или очищенную воду.

Однако расходы на преодоление всех этих трудностей несоизмеримы с тем вредом, который принесло бы использование воды по разомкнутому циклу с обязательным загрязнением гидросферы. Схемы и методы расчета отстойника, 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 занимают площадь около 1 млн га. В них содержится много ценных 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 аккумулирует вредные вещества, находящиеся в атмосфере и водоемах, и практически не обладает свойствами самоочищения.

Основными веществами, загрязняющими почву, являются:

— соли тяжелых металлов (в том числе тетраэтилсви-нец);

нефть и нефтепродукты;
пестициды и гербициды;
радиоактивные вещества;
загрязнители атмосферы (за счет выпадания);
загрязнители водоемов (за счет осаждения).
Предельно допустимые нормы загрязнения почвы

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:

отходы черных и цветных металлов;
отходы добычи и обогащения полезных ископае
мых;
зола, шлаки и углесодержащие отходы;
отходы, содержащие пластмассы и полимеры;
отходы, содержащие хлопчатобумажные, шерстя
ные, шелковые и синтетические волокна;
резиносодержащие отходы;
отходы, содержащие асбест;
отходы стекла и строительных материалов;
отходы переработки древесины;
отходы кожевенного и мехового производств;
отходы пищевых производств;
отходы сельскохозяйственного производства.
Основные отходы потребления:
изношенные текстильные материалы;
макулатура (отходы бумаги и картона, включая тару);
бой стекла;
изношенные резино- и асбестсодержащие изделия;
изношенные изделия из пластмасс (включая тару);
изношенные изделия из кожи;
вышедшие из употребления изделия из древесины;
металлические амортизационные изделия (в том
числе тара);
жилищно-коммунальные отходы (в том числе пи
щевые отходы);
твердые продукты, улавливаемые на очистных со
оружениях.

Как видно из приведенного перечня, отходами производства являются остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образовавшиеся в процессе производства продукции, утратившие исходные потребительские свойства, а также вещества, удавливаемые при очистке отходящих технологических газов и сточных вод. Отходы потребления составляют изделия и материалы, утратившие потребительские свойства в результате физического или морального износа. Вторичное сырье составляют вторичные материальные ресурсы, которые могут быть использованы в промышленности.

В зависимости от объема отходы делят на крупнотоннажные и малотоннажные. Например, ил после биологической очистки воды на нефтеперерабатывающем заводе является крупнотоннажным отходом.

Отходы могут быть дорогостоящими и дешевыми; в частности, отходы, образующиеся после регенерации катализатора, являются дорогостоящими, а шлак металлургической печи — дешевым.

По влиянию на окружающую среду отходы делят на вредные и безвредные. Например, после того как 30 лет назад у Борисовских прудов в Москве засыпали свалку металлических 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 одного 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 частицы менее 15 мм) — 16,1%.

Среди основных источников твердых отходов (кроме ТБО) — энергетика (зола и шлаки, образующиеся при

сжигании твердого топлива); черная и цветная металлургия (шлаки, формовочная земля, коксовые остатки); угледобывающая промышленность (отвалы); деревообрабатывающая отрасль хозяйства (опилки, стружка); химическая промышленность (химические вещества в широком ассортименте, в том числе фосфогипс, «хвосты» флотации апатита и др.).

Физико-химические свойства твердых отходов разнообразны: от очень активных токсичных (соединения мышьяка, фтора, фосфора, ртути) до инертных (мел, гипс, глинозем).

Отрицательное влияние твердых отходов на окружающую среду весьма значительно. В населенных пунктах твердые отходы накапливаются на санкционированных (убираемых) свалках, которые состоят на учете в Сан-эпиднадзоре и закреплены за конкретными предприятиями, организациями и службами. Гораздо более опасными являются несанкционированные (бесконтрольные) свалки, которые, несмотря на штрафные санкции, возникают постоянно и повсеместно. Именно поэтому специалисты-экологи должны уделять им особое внимание.

В качестве примера можно привести деятельность научного общества учащихся ПЭЛ № 330, которые обнаружили в Капотне и «привязали» к карте несанкционированную свалку вышедшего из строя торгового оборудования. Свалка занимала площадь около 90 м3. После обращения к администрации района мусор был удален. В химической лаборатории лицея был проведен качественный анализ почвы, показавший наличие в ней повышенной кислотности и высокое содержание солей железа и хрома. Растительность на месте свалки отсутствует до настоящего времени.

Использование и переработка крупнотоннажных промышленных отходов

Количество накопленных и ежегодно образующихся крупнотоннажных промышленных отходов, как уже отмечалось, исчисляется миллиардами тонн. Поэтому проблема их использования и переработки является чрезвычайно важной.

Крупнотоннажные промышленные отходы используют в настоящее время для рекультивации нарушенных земель, планировки территорий, отсыпки дорог и дамб, в промышленности строительных материалов и в сельском хозяйстве, а также в качестве технологического и бытового топлива (в виде биогаза). Кроме того, почти для всех видов отходов разрабатываются новые технологии переработки 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 металлургии. В настоящее время использование этих отходов незначительно. Оно составляет лишь около 10% всего их объема. Однако в дальнейшем этот показатель значительно увеличится, так как использование вскрышных пород очень выгодно: эксплуатационные затраты на получение 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 ними законодательно.

Применение отходов в промышленности строительных материалов

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, промышленность строительных материалов — единственная отрасль, которая уже сейчас способна использовать целый ряд многотоннажных отходов и побочных продуктов других отраслей (химической, производства минеральных удобрений, черной и цветной металлургии, отходы гальванического производства и др.). Это определяется тем, что многие виды промышленных отходов по своим свойствам и химическому составу близки к природному сырью, используемому в данной отрасли, и могут служить его полноценной и экономной заменой. В качестве примера можно привести использование отходов энергетики — золы и шлаков ТЭЦ.

Зола и шлаки ТЭЦ — источник сырьевых ресурсов для промышленности строительных материалов. Зола пред-

ставляет собой тонкодисперсный материал, который без предварительного помола можно применять в качестве добавки к цементу, газобетону, керамзитобетону, силикатному кирпичу, при производстве глиняного кирпича. Кусковой шлак используется как заполнитель бетона в дорожном строительстве. Золошлаковые смеси применяют в качестве вяжущих веществ.

На некоторых предприятиях отходы энергетики применяют довольно широко. При использовании отходов энергетики для производства строительных материалов возникает ряд технических, экономических и организационных проблем (транспорт, погрузка, отбор).

В первую очередь целесообразно применять отходы углеобогащения, золу и шлаки ТЭЦ, доменные шлаки черной металлургии, бой керамического кирпича.

Отходы угледобывающей, лесной и деревообрабатывающей промышленности, а также сельского хозяйства находят применение в качестве топлива в промышленности 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 удобрений) могут быть использованы в сельском хозяйстве. Например, фосфогипс (отход производства фосфорной кислоты из фосфатного сырья) применяют для мелиорации солонцовых почв и одновременно как удобрение, содержащее многие ценные элементы (Са, S, P, Fe, Al, Mg) и органические вещества; пиритный огарок (отход процесса обжига колчедана) используют в качестве медьсодержащего удобрения; глинистые шламы и пыль, образующиеся при производстве хлорида калия, применяют как удобрение, содержащее кадмий и различные микроэлементы.

Использование отходов в сельском хозяйстве имеет свои сложности, поскольку наряду с полезными они содержат и вредные элементы. Так, в фосфогипс переходит

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

Обезвреживание и захоронение токсичных промышленных 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 производят на специальных полигонах, наличие которых предусматривается при разработке планов и проектов территорий, расположенных вблизи крупных городов. На рис. 1.15 показана схема захоронения твердых отходов и рекультивации земли.

Строительство полигонов следует осуществлять на основе долевого участия предприятий и организаций, имеющих отходы. Размеры долевого участия определяются пропорционально затратам на уничтожение и захоронение отходов.

Заказчиком полигона является предприятие, отходы которого требуют наибольших затрат на обезвреживание и захоронение. Построенные полигоны передают для эксплуатации соответствующим коммунальным хозяйствам. К сожалению, процент использования отходов и особенно процент их полного обезвреживания в настоящее время крайне низки (в 1996 г. они составили соответственно 61 и 2%).

Строительство и эксплуатацию полигонов осуществляют в соответствии с «Санитарными правилами проектирования, строительства и эксплуатации полигонов захоронения неутилизируемых отходов» и СНиП 1.02.28—85 «Основные положения по составу проекта полигона по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов».

Полигоны для обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов являются природоохранными сооружениями. Они предназначены для регулярного централизованного сбора, удаления, обезвреживания и захоронения неиспользуемых токсичных отходов и некондиционных продуктов (веществ) промышленных предприятий и научно-исследовательских организаций и учреждений, расположенных в одной или нескольких промышленных зонах.

Полигон должен включать в себя три основные группы объектов:

1. Завод (или ряд установок по обезвреживанию токсичных промышленных отходов), предназначенный для сжигания или физико-химической переработки отходов с целью их полного обезвреживания или снижения токсичности (класса опасности), перевода в нерастворимые формы, обезвоживания и сокращения объема отходов, подлежащих захоронению.

Участок для захоронения отходов, представляющий
собой специально выбранную и подготовленную террито
рию, на которой располагают оборудованные котлованы,
где складируют группы токсичных твердых отходов.
Гараж специализированного парка автомашин, пред
назначенных для транспортировки токсичных отходов.

Полигон размещают в обособленных, свободных от застройки, хорошо проветриваемых местах так, чтобы можно было легко осуществить мероприятия, исключающие загрязнение окружающей среды населенных пунктов, зон массового отдыха людей и источников питьевого водоснабжения (открытых водоемов, водохранилищ и подземных вод).

При сооружении полигона особое внимание уделяют проектированию дождевой и хозяйственно-бытовой канализации, а также дренажа. Общая система канализации полигона должна быть бессточной. На полигон не принимают вещества, которые можно обезвредить средствами предприятия, радиоактивные отходы (для них существуют специальные хранилища) и нефтепродукты, которые можно регенерировать.

Способ обезвреживания и захоронения отходов зависит от агрегатного состояния, водорастворимости и класса опасности веществ и их соединений. Токсичность (класс опасности) отходов, подлежащих захоронению, определяется в соответствии с методическими рекомендациями, разработанными Минздравом РФ. По общепринятой классификации существует четыре класса опасности 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 марганца, фосфаты, хлориды.

На все отходы, ввозимые на полигон, должен быть представлен паспорт с указанием состава отходов и кратким описанием требований безопасности при обращении с ними на полигоне (захоронении или сжигании). На полигоне взвешивают отходы и отбирают пробы для определения их состава. На контрольном талоне паспорта ставят штамп «Отходы приняты». Контрольный талон возвращается на предприятие, а паспорт остается на полигоне как документ для финансовых расчетов и статистический материал для определения количества и состава принятых отходов.

Схема работы полигона должна предусматривать следующие основные мероприятия, позволяющие регулярно и организованно, с соблюдением мер безопасности удалять неутилизируемые токсичные отходы, обезвреживать их и надежно захоранивать, обеспечивая защиту окружающей среды:

организацию сбора неутилизируемых токсичных от
ходов на предприятиях-поставщиках;
организацию транспортировки токсичных отходов
на полигон;
организацию приема токсичных отходов на полиго
не, их обезвреживание и захоронение.

Наиболее распространенными методами обезвреживания токсичных отходов в настоящее время являются:

для отходов органического происхождения — сжи
гание при высоких температурах (при снижении тем
пературы процесса возможно выделение суперэкотокси-
катов);
для неорганических отходов — физико-химическая
обработка в несколько стадий, которая приводит к обра
зованию безвредных, в большинстве случаев нейтральных
и нерастворимых в воде соединений.

Захоронение является наиболее распространенным и дешевым способом ликвидации твердых отходов. В местах их захоронения происходят различные процессы распада вредных веществ под воздействием микроорганизмов.

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 загрязнять источники воды и сельскохозяйственные угодья. Дно и стенки котлована должны быть водонепроницаемыми и хорошо изолированными от подземных вод (обычно применяют водонепроницаемый слой ила или глины, который покрывают слоем фольги). С помощью экскаваторов, грейдеров отходы укладывают слоями мощностью до 1,8 м, перемежая слоями грунта толщиной около 15 см, чтобы предотвратить возгорание или распыление. После того как котлован заполнится, его сверху засыпают двухметровым слоем грунта и высаживают на нем зеленые насаждения — это рекультивация территории (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 отходы помещены в специальные изолированные контейнеры. Отдельно разработаны специальные правила захоронения радиоактивных отходов.

Все сырье, применяемое в производстве, имеет природное происхождение, природные источники, однако непосредственно на изготовление продукции идет лишь часть, причем меньшая, добытых природных материалов — 4% добытого сырья, остальное составляют производственные отходы. Например, при производстве 1 т стали образуется около 800 кг отходов.

Произведенная продукция кратковременного использования (продукты питания, одежда) или долговременного пользования (дома, машины, мосты, транспорт) пре-

вращается в отходы, утилизируется, потребляется (исключение составляют памятники культуры и природы, которые необходимо сохранять).

Содержащиеся во вторичном сырье вещества могут быть использованы после их регенерации, т. е. восстановления первоначальных качеств.

Использование вторичного сырья (или изделий из него) в качестве сырья для нового производства называют рециклингом. Например, регенерировать различные смазочные масла можно путем устранения из них нежелательных веществ. Вторичное использование в производстве макулатуры или бывших в употреблении пластмасс также дает представление о рециклинге — возвращении отходов в сферу производства. На рис. 1.16 справа показана схема рециклинга производственных отходов.

Применение вторичного сырья имеет большое значение для экономии невозобновляемых природных источ-

| ОТХОДЫ

ПРИРОДНОЕ СЫРЬЕ

Рис. 1.16. Схема рециклинга производственных отходов

ников, например руд, углей, нефти, и возобновляемых, например леса. Производство, основанное на использовании вторичного сырья, бывает, как правило, менее энергоемким и малоотходным.

Использование вторичного сырья чрезвычайно выгодно: увеличивается сырьевая база, снижаются расходы на добычу и импорт сырья, экономится энергия, окружающая среда не подвергается воздействию загрязняющих веществ, содержащихся в отходах.

В левой части схемы (рис. 1.16) представлено производство без использования вторичного сырья — большая потребность в природном сырье, большее количество отходов, 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 продукции

Требования к сырью и продукции предприятия определены законами РФ, в том числе законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (№ 52-ФЗ от 30.03.99). Санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы — это нормативные акты, устанавливающие критерии безопасности и безвредности для человека факторов среды его обитания и требования к обеспечению благоприятных условий его жизнедеятельности. Санитарные правила обязательны для соблюдения всеми государственными органами и общественными предприятиями, организациями и учреждениями, должностными лицами и гражданами.

В соответствии с законом предприятия обязаны: — обеспечивать соблюдение действующего санитарного законодательства РФ и установленных санитарных правил, осуществлять производственный контроль за их выполнением;

разрабатывать и проводить гигиенические противо
эпидемические мероприятия, направленные на преду
преждение и ликвидацию загрязнения окружающей сре
ды, оздоровление условий труда, быта и отдыха населе
ния, предупреждение возникновения и распространения
заболеваний;
своевременно информировать органы и учреждения
Государственной санитарно-эпидемиологической службы
РФ об аварийных ситуациях, остановках производства,
нарушениях технологических процессов, создающих угро
зу санитарно-эпидемиологическому благополучию насе
ления;
выполнять заключения, постановления, распоряже
ния и предписания должностных лиц органов и учреж
дений Государственной санитарно-эпидемиологической
службы РФ, в том числе их представления о приостанов
лении или прекращении финансирования деятельности
организаций и предприятий, допускающих нарушения са
нитарного законодательства РФ;
применять меры материального стимулирования,
направленные на повышение заинтересованности трудо
вых коллективов и отдельных работников в соблюдении
требований санитарного законодательства РФ и санитар
ных правил;
создавать условия для поддержания здоровья работ
ников и населения, для предупреждения заболеваний и
формирования здорового образа жизни людей.

Предприятия должны выполнять следующие требования:

сырье и продукция, производство, транспортировка,
хранение и применение которых требуют непосредствен
ного участия человека и могут оказать неблагоприятное
влияние на его здоровье, по своим показателям и свойст
вам должны отвечать действующим санитарным правилам;
новые технологии, материалы, вещества и изделия,
предназначенные для использования в хозяйстве и быту,
допускаются к постановке на производство, к внедрению
и применению только на основании заключений органов

4-5998

Государственной санитарно-эпидемиологической службы об их соответствии санитарным правилам;

— предприятия, организации и граждане, ответственные за выпуск продукции, не соответствующей действующим санитарным правилам, ГОСТам и Техническим условиям, обязаны приостановить ее производство и реализацию по постановлению главного государственного санитарного врача или его заместителя.

1.7. Производственный экологический контроль

Экологический контроль является важнейшим звеном в системе инженерно-экологического обеспечения промышленного производства (включая транспорт), строительства или сельскохозяйственной деятельности.

Цель экологического контроля — обеспечение соблюдения природоохранных и ресурсосберегающих правил, требований и норм на всех этапах производства, строительства или иной деятельности человека, связанной с изменением состояния окружающей среды. Экологический контроль должен быть многосторонним, т. е. не исключать ни одной сферы деятельности человека, так или иначе влияющей на изменение состояния окружающей среды.

Основные задачи экологического контроля — формирование информационной базы состояния и изменений окружающей среды, получение необходимой и достаточной информации о воздействиях и состоянии окружающей природной среды, выявление случаев вредных воздействий на отдельные компоненты или природную среду.

Контроль за состоянием природной среды по параметрам, не требующим применения специального контрольно-измерительного и лабораторно-аналитического оборудования, возлагается на работников служб производственного контроля. Принципы работы этих служб: определение качественных характеристик экологических изменений и нарушений, оперативное выявление виновников, а в осо-

бых случаях — приглашение инспекторов-экологов для инструментальных измерений и количественной оценки ущерба.

Направления деятельности экологического контроля на предприятии

Все виды экологического контроля можно рассматривать с двух точек зрения. В одном случае объектом контроля 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-аналитические и др. Среди средств измерения и контроля можно 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 воздействиям. При этом, как правило, определяют качество отдельных компонентов или комплексов природной среды, используя аналитические методы и измерения массы (объема) с целью выявления состава и концентрации тех или иных вредных веществ. Полученные результаты сравнивают с нормативами.

В каждом отдельно взятом виде экологического контроля используется опыт, накопленный той или иной природоохранной инспекцией.

Основные критерии при разработке экологических норм и допусков — оценка вредности воздействий на человека и на всю биоту, т. е. на флору и фауну.

В основе большинства видов контроля лежат аналитические методы определения или сравнения тех или иных массовых концентраций. В экологическом контроле также

широко используют линейные, массовые и объемные измерения. Эти требования позволят со временем обосновать и разработать:

общие теоретические положения и единую методи
ку назначения норм (допустимых количественных и каче
ственных отклонений от нормальных значений, опреде
ленных фоновым контролем);
единую систему метрологического обеспечения эко
логического контроля, основанную на комплексе государ
ственных стандартных образцов состава и свойств ве
ществ, принятых за нормальные;
единую систему информационно-справочных дан
ных (базу данных) для экологического обеспечения про
изводства и строительства;
учебные программы для целенаправленной подго
товки специалистов по комплексному экологическому
контролю и т. д.

Нормирование и контроль отдельных параметров природной среды осуществляют исходя из общего критерия восстановления или улучшения нарушенных компонентов 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 случаю — экологической ситуации.

Ведомственная (внутриотраслевая) служба экологического контроля должна иметь полный комплект необходимых технических средств контроля основных параметров загрязнения окружающей среды. Наиболее характерные параметры загрязнения атмосферного воздуха — задымленность и непрозрачность. Задача экологического контроля состоит в определении количества и состава выбросов в заданный интервал времени (например, в течение года). Инспекционные службы применяют разные методы и средства экологического контроля, которые должны быть одинаковыми по критериям информативности, точности и достоверности. Например, для опреде-

ления задымленности атмосферного воздуха применяют следующие методы контроля: ультразвуковой каротаж, калориметрический метод, инфракрасная и ультрафиолетовая спектроскопия, газофильтрокорреляционный метод, измерение остаточного содержания кислотных соединений 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 компонентов осадка); нейтронно- и фотонно-активационный анализ; ионоселективные экспресс-методы; рентгено-флу-оресцентная спектрометрия.

Все методы определения количества и состава вредных веществ, содержащихся в воде и воздухе, можно рассматривать 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 содержаться 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 концентраций известных загрязнений. Для этого ведомственные службы экологического контроля оснащаются комплексными передвижными лабораториями анализа качества воздуха, воды и почвы.

Организации экологической службы, ее техническому оснащению для контроля какой-либо определенной территории с находящимися на ней источниками загрязнения предшествуют научно-исследовательские работы, необходимые для исследования и прогнозирования воз-

можных загрязнений (по составу и объемным концентрациям). Результаты исследований служат основанием для укомплектования контрольных служб техническими средствами измерения и анализа состава и концентраций загрязнителей.

Комплексные аналитические лаборатории контроля качества воздуха и воды используют хроматографические методы, которые не требуют больших затрат времени, характеризуются высокой чувствительностью и погрешностью не более 10%, а оборудование для хроматографиче-ских методов контроля сравнительно недорого. Такие аналитические лаборатории выпускаются предприятиями Госкомгидромета. Все аналитические приборы этих лабораторий подлежат периодической поверке в территориальных организациях Госстандарта.

Экологический паспорт предприятия

Экологический паспорт необходим для оценки количества и качества вредных выбросов предприятия, определения путей их снижения и ведения отчетности. Это касается вредных выбросов в атмосферу, сбросов неочищенных 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 сведения о предприятии, использующем сырье, описание технических схем выработки основных видов продукции, схемы очистки отходящих газов и сточных вод, их характеристики после очистки, данные о ТБО, а также сведения о новых малоотходных технологиях. Во вторую часть паспорта включается перечень планируемых мероприятий, направленных на снижение нагрузки на окружающую среду с указанием сроков их выполнения, объемов

затрат, удельных и общих объемов выбросов вредных веществ до и после осуществления каждого мероприятия.

Основными параметрами, характеризующими состояние окружающей среды и ограничивающими ее загрязнение отходами производства, являются предельно допустимые концентрации ряда вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе, поверхностных водах окрестных водоемов и почвах.

В почвах и грунтах окрестной зоны паспортизируемого объекта должны контролироваться те же вредные вещества, которые определяются в выбросах и стоках, так как они попадают в почвы и грунты, а через них — в растения 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 осуществляют службы экологического контроля. При заполнении и оформлении экологического паспорта учитывают объем и характер производственных выбросов, фоновые характеристики окружающей среды и климатические факторы. С помощью расчетов все эти факторы следует сопоставить, чтобы оценить суммарное воздействие на окружающую среду.

Экологический паспорт объекта или предприятия — это нормативно-технический документ, включающий все данные о потребляемых и используемых ресурсах (природных (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 контролируются государственными органами охраны природы по вопросам использования природных ресурсов, воздействия на окружающую среду, планирования и проведения природоохранных мероприятий.

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 данных.

Экологический паспорт предприятия — не только исполнительный документ экологического контроля, но и основа для паспортизации территорий, регионов и страны в целом. Для этого один его экземпляр хранится на предприятии, второй — в территориальном или региональном органе охраны природы, третий направляется в научный центр «Экология» для формирования экологического банка данных.

Основой разработки экологического паспорта являются:

согласованные и утвержденные основные показате
ли производственной и хозяйственной деятельности, свя
занной с потреблением ресурсов и воздействием на окру
жающую среду;
разрешение на природопользование (отвод земель,
недр, водопользованиие и др.);
паспорта всех очистных схем и установок сооруже
ний и установок по сбору и утилизации отходов;
данные статистической отчетности по природо- и
ресурсопользованию.

Составление экологического паспорта включает операции расчетов норм:

предельно допустимых выбросов вредных веществ в
атмосферный воздух;
предельно допустимых стоков (очищенных или нео
чищенных), сбрасываемых в поверхностные водоемы,
или в централизованную канализацию, или на территорию;
предельно допустимых физико-механических воз
действий (тепловых, шумовых, электромагнитных, радио
нуклидов и т. д.).

Предприятия должны проводить инвентаризацию источников 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 выводы о деятельности предприятия. Затем принимаются обоснованные решения: разрешающие дальнейшую деятельность (экологически безопасный объект); разрешающие деятельность частично или при условии проведения неотложных мероприятий, долгосрочных мероприятий (экологически опасный объект); воспрещающие деятельность (крайняя экологическая опасность).

Анализ природно-климатических факторов проводят с целью определения возможности повышения или понижения концентрации вредных веществ для данной территории. Для этого используют базы данных многолетних климатических наблюдений и характеристик исследуемой 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:

титульный лист;
общие сведения о предприятии и его реквизиты;
краткую природно-климатическую характеристику
района расположения предприятия;
краткое описание технологии производства и све
дения о продукции, балансовую схему материальных по
токов;
сведения об использовании земельных ресурсов;
характеристику сырья, используемых материальных
и энергетических ресурсов;
характеристику выбросов в атмосферу;
характеристику водопотребления и водоотведения;
характеристику отходов;
сведения о рекультивации наружных земель;

сведения о транспорте предприятия;
сведения об эколого-экономической деятельности
предприятия.

Кроме общего экологического паспорта на предприятии должен разрабатываться паспорт отходов, в который включаются данные об их токсичности, опасности и путях снижения их вредного воздействия на окружающую среду.

Формы учетной документации по экологическому контролю, проводимому на предприятии

В настоящее время все выбросы (сбросы) на предприятиях классифицируют по «Федеральному классификационному каталогу отходов производства и потребления» за 1996 г. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу учитывают в соответствии с «Методическими рекомендациями по организации контроля за выбросами в атмосферу на предприятии» РД-11-17.993.88 и «Инструкцией по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу» (Л.: Знание, 1991).

Отчетность по загрязняющим веществам, образующимся на предприятии, и по экологическим мероприятиям производства осуществляется по следующим формам первичной учетной документации:

Ф№ ПОД-1 — учет стационарных источников за
грязнения и их характеристик;
Ф№ ПОД-2 — учет выполненных мероприятий по
охране атмосферного воздуха;
Ф№ ПОД-3 — учет работы газоочистных и пыле
улавливающих установок;
Ф№ ПОД-11,12 — учет воды;
Ф№ ПОД-13 — учет сброса в водные объекты.

В рамках государственной экологической статистической отчетности экологический отдел и руководство предприятия отчитываются перед вышестоящими организациями по следующим единым типовым формам:

— № 1 (воздух) — бланк инвентаризации источников
выбросов вредных веществ в атмосферу;

№ 2ТП (воздух) — отчет об охране атмосферного
воздуха;
№ 2ТП (водхоз) — отчет об использовании воды;
№ 2ТП (токсичные отходы) — отчет об образовании
и удалении токсичных отходов;
№ 2ТП (рекультивация) — отчет о текущих затратах
на охрану природы и об экологических платежах;
№ 1 (экофонд) — отчет о поступлении и расходова
нии средств экологического фонда;
№ ЗОС — отчет о ходе строительства водоохранных
объектов и прекращении сброса загрязняющих сточных
вод.

Перечень мероприятий по охране вод приведен в «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения» (М.: Госкомприрода, 1991).

Перечисленные выше отчеты об экологических работах соответствуют Федеральному закону «Об отходах производства и потребления» и новой редакции Федерального закона «Об охране окружающей среды».

1.8. Территориально-производственные комплексы

Разработка и реализация безотходных или чистых технологических процессов требуют больших затрат и во многих случаях неосуществимы. Для этого целесообразно создание безотходных или чистых предприятий, комбинатов или комплекса производств. Самые благоприятные возможности по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов создаются при кооперировании специально подобранного комплекса 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 проблем благодаря кооперированию различных производств

таким образом, чтобы отходы одних предприятий использовались другими, оптимально решались транспортные проблемы и продуманно размещались жилые массивы и зоны отдыха.

Территориально-производственным комплексом называют такое экономически взаимосвязанное объединение предприятий в одной промышленной точке или в целом районе, при котором экономический эффект достигается за счет целесообразного, научно обоснованного сочетания производств в соответствии с природными и экономическими условиями района, его транспортным и экономико-географическим положением.

Экономическое развитие ТПК предусматривает создание эффективной структуры производства основных видов продукции, общей структуры для обеспечения выпуска этой продукции, охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

При размещении производства в рамках ТПК необходимо:

максимально сохранять природные условия на запо
ведных территориях;
внедрять малоотходные, безотходные или чистые
процессы и производства, потребляющие минимальное
количество сырья и материалов;
экономно использовать имеющиеся земли, и в пер
вую очередь плодородные почвы;
перераспределять природные ресурсы и промыш
ленное сырье с целью создания условий для сохранения
благоприятной природной среды;
ограничивать или даже прекращать работу отдель
ных производств в отдельных районах (курортных или ту
ристских зонах, заповедниках, зонах интенсивной жилой
застройки и др.), а в ряде случаев, наоборот, создавать
новые (например, предприятия по производству стройма
териалов, на которых можно использовать большинство
отходов).

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 экономические показатели и региона в целом, но и уменьшить вредное воздействие промышленности на окружающую среду. Переработка многотоннажных отходов химических, металлургических, энергетических и других производств в ценные строительные материалы и изделия позволяет высвободить плодородные земельные угодья, отводимые под отвалы, существенно уменьшить загрязнение окружающей среды и повысить степень обеспеченности народного хозяйства строительными материалами при минимальных издержках производства. Использование отходов способствует росту рентабельности как предприятий, их производящих, так и предприятий, перерабатывающих отходы, снижению затрат на геолого-разведочные работы и экономии природного сырья в целом, т. е. повышению эффективности капитальных вложений в народное хозяйство.

Особое значение для экономики страны имеет интенсификация развития таких территориально-производственных комплексов РФ, как Курская магнитная аномалия, Оренбургский и Ангаро-Енисейский ТПК, Саянский, 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 высокой производительности труда и низким удельным капитальным затратам развитие КАТЭК может оказать значительное влияние на топливно-энергетический баланс нашей страны. В настоящее время приходится возить

уголь на значительные расстояния, что ведет к высоким транспортным расходам. Кроме того, транспортировка в открытых вагонах обусловливает значительные потери угля за счет пыления и загрязнение окружающей среды. Поэтому новые энергоемкие производства необходимо размещать вблизи мест добычи угля, где вводятся в действие мощные тепловые электростанции. Часть энергии этих станций будет передаваться также на европейскую территорию страны.

Сосредоточение ГЭС в районе КАТЭК осложняет экологическую обстановку, так как производство электроэнергии сопровождается выбросами в воздушный бассейн больших количеств пыли, диоксида серы и оксидов азота. Поэтому должны быть внедрены эффективные системы предотвращения образования перечисленных вредных веществ или их очистки.

Предприятия ТПК являются отдельными ячейками общей системы промышленного узла. При этом данная промышленная система имеет несколько изолированных, т. е. не связанных между собой, выходов в биосферу.

Экологическое воздействие в целом на природу можно уменьшить, устраняя вредные выбросы не только с помощью очистных сооружений, но и создавая системы замкнутых материальных потоков. Для получения хлора, например, может быть использован метод электрохимической переработки отходов содового производства. В производственный цикл завода можно будет возвращать гидроксид кальция в виде отработанного электролита, а выделяющийся хлор использовать при проведении химических процессов.

Для регионов с напряженной экологической обстановкой следует в первую очередь проектировать такие промышленные предприятия, при эксплуатации которых существенно уменьшается количество образующихся отходов.

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 природную среду.

Экоэффективность должна способствовать:

уменьшению количества материалов, используемых
при производстве товаров и услуг;
снижению энергетических затрат при производстве
товаров и услуг;
уменьшению объемов образующихся попутно (не
используемых) продуктов и токсичных отходов;
максимальному увеличению объема устойчивого
использования возобновляемых природных ресурсов;
продлению срока пользования товарами и услу
гами;
увеличению интенсивности пользования товарами и
услугами.

В промышленных экосистемах оптимизируется использование сырьевых и энергетических ресурсов, сводится к минимуму образование отходов, а отходы одних процессов и производств служат сырьем для других. Промышленная экосистема — это взаимосвязанная сеть компаний и организаций в регионе, которые используют попутно образующиеся продукты, отходы и энергию по одному из следующих направлений:

уменьшение объемов потребляемого первичного
сырья;
снижение степени загрязнения окружающей сре
ды;

повышение эффективности использования энергии,
а следовательно, уменьшение объемов потребления пер
вичных энергетических ресурсов;
уменьшение количества отходов и затрат на их захо
ронение;
увеличение количества и видов продукции. Одним
из примеров промышленной экосистемы является «про
мышленный симбиоз» в Калундборге (Дания). В неболь
шом районе на берегу моря в течение последних 20 лет
образовалась сеть материальных и энергетических пото
ков между предприятиями, жилыми зданиями и сельско
хозяйственными фермами. Первоначальным мотивом для
организации такой системы было желание предпринима
телей снизить себестоимость продукции за счет использо
вания отходов и получать больше прибыли.

Система предприятий в Калундборге объединяет пятерых основных партнеров:

электростанцию компании Asnaes мощностью
1500 МВт — крупнейшую в Дании, работающую на угле;
нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) компании
Statoil мощностью 4,8 млн т в год — крупнейший в Да
нии;
завод гипсовых плит компании Gypros, производя
щий 14 млн м2 гипсовых плит ежегодно;
фармацевтический завод международной биотехно
логической компании Novo Nordisk с ежегодным оборо
том более 2 млрд долларов;
город Калундборг с населением в 20 тыс. человек,
которые (как и предприятия города) нуждаются в тепле и
горячей воде.

Более 20 лет назад партнеры через двусторонние договоры начали организацию промышленной экосистемы. До ее создания термическая эффективность использования угля на электростанции составляла всего 40%. В то же время другой мощный потребитель энергии — НПЗ компании Statoil — выбрасывал большие объемы горючих газов. В начале 1980-х годов началась серия переговоров и согласований:

НПЗ согласился передавать избыточный газ заводу
гипсовых плит, который устраивала низкая цена на го
рючее;
электростанция начала снабжать новый район горо
да отработанным паром; обогрев района паром позволил
ликвидировать крупный рассредоточенный источник за
грязнения атмосферы — 3500 печей, работающих на ма
зуте;
электростанция стала использовать для охлаждения
морскую воду вместо пресной из озера Тиссо; часть на
гретой морской воды стали направлять в 57 прудов по
разведению рыбы;
с 1992 г. на электростанции часть угля заменили га
зом, поступающим с завода компании Statoil; это стало
возможным после того, как на НПЗ построили установку
для очистки сбросных газов от серы, иначе газы не соот
ветствовали стандарту на топливо.

Еще раньше началась организация материальных потоков:

шлам с фармацевтического завода и ил после очи
стки воды прудов, предназначенных для разведения ры
бы, начали применять в качестве удобрения на растение
водческих фермах;
цементный завод стал использовать золу с электро
станции;
гипс после известняковой очистки отходящих газов
электростанции отправляют на завод гипсовых плит
(2/3 его потребности, остальной завозится со стороны);
серу после сероочистки на НПЗ отправляют на про
изводство серной кислоты;
избыточные дрожжи от производства инсулина идут
на корм для свиней.

Промышленная экосистема позволила вовлеченным предприятиям снизить затраты на производство продукции и уменьшить загрязнение воздуха, воды и почвы в регионе. Организация и функционирование экосистемы в Калундборге дали возможность сделать следующие общие выводы:

предприятия могут быть разными по профилю, но
должны быть готовы к кооперации;
расстояние между предприятиями должно быть не
большим, что особенно важно при передаче тепла и неко
торых материалов;
руководители предприятий должны хорошо знать
друг друга;
все контракты между предприятиями следует за
ключать на двусторонней основе;
каждый контракт должен быть экономически при
влекательным;
риск для каждого участника должен быть мини
мальным.

Экопромышленные парки

Особая форма промышленных экосистем реализована в экопромышленных парках (ЭПП). В них появляются условия для экономически и экологически более эффективной 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 производителей товаров и услуг, желающих улучшить экономическое состояние и экологическую обстановку путем совместного управления природными ресурсами (энергией, водой и материалами). Работая вместе, производители рассчитывают получить коллективный эффект — больший, 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, повышение эффективности использования сырьевых и энергетических ресурсов и партнерство между производителями товаров и услуг. Через взаимную кооперацию предприя-

тия, образующие ЭПП, становятся промышленной экосистемой.

Одним из наиболее известных экопромышленных парков является промышленный парк Бенсаид в Новой Шотландии (Канада). Сначала были разработаны принципы и стратегия объединения предприятий (более 1200 больших и средних производств) в промышленную экосистему. Было выделено несколько ключевых позиций:

организация материальных и энергетических пото
ков между предприятиями, системы информации об отхо
дах производства, привлечение компаний, традиционно
занимающихся сбором, обезвреживанием и утилизацией
отходов;
увязка в единый природный комплекс зданий и
парка, обогрев жилищ энергией Солнца и использование
болот для обезвреживания сточных вод;
создание доступной для всех предпринимателей ин
формационной системы о необходимых материалах, ис
пользуемой энергии и образующихся в регионе отходах;
организация обратной связи внутри предприятий и
между ними, а также с управлением парка.

Затем была разработана компьютерная программа управления ЭПП и входящими в него предприятиями. Она содержит базу данных о предприятиях, используемых материалах и технологиях, законодательстве и регламентирующих документах, правительственной помощи, продукции из рециркулируемых и восстановленных материалов и проводимых исследованиях. Создание этой программы позволяет бизнесменам определить потенциальный рынок для реализации продукции и провести анализ затрат и выгод. Все это способствует успешному функционированию экопромышленного парка.

Подобные ЭПП целесообразно создавать и в Российской Федерации, особенно в районах, прилегающих к заповедникам и заказникам, которыми так богата наша страна.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

О Назовите наиболее вредные вещества, загрязняющие воздух и почву.

@ Какие предельно допустимые концентрации основных вредных веществ 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 пылеулавливателям, в которых пыль оседает под действием центробежных сил. Они получили широкое распространение. Выпускают циклоны цилиндрического и конического типов. Циклоны цилиндрического типа (рис. 2.1) предназначены для улавливания сухой пыли, золы и т. д. Наиболее эффективно они работают, когда размер частиц пыли превышает 20 мкм. Конические циклоны предназначены для очистки газовых и воздушных сред от сажистых частиц. Чем больше диаметр корпуса циклона, тем выше его производительность.

(1)

/ =

Пыль

Степень очистки газа в циклоне 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 потоком на радиусе г, м/с; г — радиус вращения частицы, м.

101

Для циклонов значение /достигает ста и более единиц. Из выражения (1) видно, что/можно увеличить: а) уменьшением радиуса вращения газового потока; б) увеличением его скорости. При этом следует помнить, что увеличение скорости вызывает возрастание гидравлического сопротивления и турбулентности газового потока, которая ухудшает процесс осаждения, а уменьшение радиуса циклона ведет к снижению его производительности. Поэтому при больших объемах запыленного газа вместо одного циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов меньшего размера, объединенных в одном корпусе, — батарейные циклоны (мультициклоны).

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 циклоны НИИОгаза, отличительной особенностью которых является наклонный патрубок прямоугольного сечения, через который вводится газ. Наиболее часто применяют циклоны с углом наклона входного патрубка 15° и 24° — соответственно ЦН-15 и ЦН-24. Гидравлическое сопротивление циклона можно определить по уравнению

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, поэтому на практике расчеты ведут по упрощенной методике. Порядок расчета может быть следующим:

1. Выбирают тип циклона с учетом размеров улавливаемых частиц.

102

2. Определяют диаметр циклона:

Л=№, (3)

где Q — расход очищаемого газа; м3/с; wonT — оптимальная скорость газа в циклоне, м/с.

По рассчитанному значению D выбирают тип цик
лона в соответствии с принятым рядом внутренних диа
метров (мм): 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000,
1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400, 3000. Циклон выбирают
с ближайшим к рассчитанному диаметром.
Определяют истинную скорость газа в циклоне:

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 следующую 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 циклона и подбирают по ГОСТу соответствующий аппарат. Затем определяют степень очистки газа от пыли по номограммам, составленным на основе опытных данных, в зависимости от фракционного состава пыли, ее плотности, начальной запыленности газа и ряда других факторов.

Если найденное значение степени очистки газа окажется недостаточным, следует сделать перерасчет, увеличить соотношение Д/?/рг, тем самым повысив скорость и

103

уменьшив диаметр аппарата, выбрать другой тип циклона, с большим £ц, а значит, более эффективный, или же установить несколько циклонов меньшего диаметра, работающих параллельно. В последнем случае w остается без изменений, и таким образом удается повысить эффективность циклона без увеличения гидравлического сопротивления.

Пример расчета циклона

Подобрать циклон для очистки от пыли отходящего из распылительной сушилки воздуха, если его расход составляет 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 диаметром 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 циклона 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 происходит благодаря смачиванию частичек пыли жидкостью. Процесс протекает тем эффективнее, чем больше поверхность контакта фаз между газом и жидкостью, что достигается, например, диспергированием жидкости на капли или газа — на множество пузырей, формирующих 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 распространение получили пенные пылеулавливатели ЛТИ (рис. 2.2). Они бывают однополочные и двухполочные, с отводом воды через сливное устройство над решеткой и с полным протеканием воды через отверстия решетки (провальные). Аппараты со сливными устройствами позволяют работать при больших колебаниях нагрузки по газу и жидкости. Выбор числа полок зависит главным образом от запыленности газа.

105

Порядок расчета пенного пылеулавливателя

1. Выбор расчетной скорости газа.

Скорость газа в аппарате — один из важнейших факторов, 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 решетки, вследствие чего высота слоя пены снижается, а жидкость может не полностью покрывать поверхность решетки. 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 рабочих условиях, м3/с; w — скорость газа, м/с.

Газопромыватель может быть круглого или прямоугольного 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 основным размерам аппаратов.

3. Определение расхода поступающей воды.

Для холодных и сильно запыленных газов расход определяется из материального баланса пылеулавливания, для горячих газов — из теплового баланса. В сомнительных случаях выполняют оба расчета и выбирают наибольшее из полученных значений расхода. (Газ считают холодным, если его температура меньше 100 °С.)

Расход поступающей воды L (кг/с) рассчитывают исходя из материального баланса пылеулавливания:

L=Ly+LCJI, (6)

106

где Ly — расход воды, стекающей через отверстия в решетке (утечка), кг/с; LCJl — расход воды, стекающей через сливной порог, кг/с.

Величина Ly определяется массовым расходом уловленной пыли Gn (кг/с); концентрацией пыли в утечке Ху (кг пыли/кг воды); коэффициентом распределения пыли между утечкой и сливной водой Кр, выраженным отношением расхода пыли, попадающей в утечку, к общему расходу 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 диапазоне 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 общего расхода воды целесообразно уменьшать величину LCJI. Однако слишком сильная утечка создает неравномерность высоты слоя воды на решетке. Поэтому в расчетах рекомендуется принимать LCJl = Ly. Исходя из этого выражение (6) приводится к виду:

L=2Gn-^. (9)

4. Определение типа решетки.

На этом этапе выбирают тип перфорации (круглые отверстия 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 принимают Ьш = 2—4 мм, d0 = 2,-6 мм. Затем выбирают такую скорость газа в отверстиях w0, которая обеспечит необходимую 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 решетки 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 отверстий на решетке. При разбивке по равностороннему треугольнику

Толщину решетки 5 выбирают по конструктивным соображениям. Минимальному гидравлическому сопротивлению соответствует 5 = 5 мм.

5. Определение высоты слоя пены и сливного порога.

Высоту порога на сливе с решетки устанавливают исходя из создания слоя пены такой высоты, которая обеспечила бы необходимую степень очистки газа.

Первоначально определяют коэффициент пылеулавливания 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 эмпирическим уравнением

Н = Кп - l,95w + 0,09, (13)

где величины Кп и w имеют размерность м/с. Далее определяют 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 аппарата:

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 равностороннему 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, выполненных на базе трубы-коагулятора Вентури, наиболее удачными считаются разработки институтов НИИОгаз и «Гипрогазочистка», в которых определены 10 типоразмеров скруббера Вентури с регулируемым сечением горловины. 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) обтекатель. Скорость газа в горловине при этом может изменяться от 85 до 145 м/с.

Гидравлическое сопротивление аппарата за счет изменения скорости газа может колебаться в пределах от 40 до 120 гПа, удельное орошение — 0,5—3,5 л/м3. Область использования пылеулавливателей этого типа — обеспыливание газов с температурой до 400 °С, начальной концентрацией пыли до 30 г/м3 и допустимым содержанием взвесей в оборотной воде 0,5 г/л.

Ill

Шлам

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 взвешенных частиц г\ может быть рассчитана по эмпирическим формулам. Обычно же ее определение требует проведения 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 пыли, кг/м3; dK — средний диаметр капель, м; d4i — диаметр частиц /-й фракции, м; ц, — динамический коэффициент вязкости газа, Па -с; wT — скорость газа в горловине, м/с.

Для частиц размером 1—10 мкм при определенных скоростях газа и удельном орошении по рассчитанной фракционной эффективности очистки можно предварительно определить из справочных таблиц гидравлическое сопротивление в трубе.

Общая эффективность пылеулавливания:

i=1

где г|( — эффективность пылеулавливания для /-й фракции, рассчитанная по dcp для данной фракции; Ф( — массовая доля /-й фракции.

Дальнейший уточняющий расчет сводится к расчету скорости газа и геометрических параметров трубы Вентури.

Скорость газа в горловине трубы:

из

где ^сух — коэффициент гидравлического сопротивления «сухой» трубы; £ж — коэффициент гидравлического сопротивления трубы с учетом подачи орошающей жидкости; 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 стандартизованной трубы Вентури используют ряд эмпирических соотношений.

Диаметр горловины:

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 — соответствующая 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 суспензий, в частности для осаждения из сточных вод грубо-дисперсных примесей. Отстаивание происходит под действием сил тяжести. Для проведения процесса используют 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 величиной 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, массовые доли.

Скорость осаждения частиц суспензии (скорость стесненного осаждения, м/с) можно рассчитать по формулам:

при е > 0,7

WCI=W0C- Е2 • Ю-1.82(1 - е). (18)

при е < 0,7

"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 частицы, м; Re — число Рейнольдса при осаждении частицы.

Если частицы имеют не шарообразную форму, то в формулу (22) в качестве dT следует подставить диаметр эквивалентного шара; кроме того, величину woc следует умножить на поправочный коэффициент ф, называемый коэффициентом формы. Его значения определяют опытным путем. В частности, для округлых частиц ср ~ 0,77, для угловатых — 0,66, для продолговатых — 0,58, для пластинчатых — 0,43.

Значение Re рассчитывают по формулам, зависящим от режима осаждения, что определяется с помощью критерия 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 осадке 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. Плотность 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.

Скорость свободного осаждения в соответствии с выражением (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 диаметром 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 затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу.

Среди фильтров непрерывного действия известны вакуум-фильтры барабанные (рис. 2.5), дисковые и ленточные.

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 концентрация твердой фазы в исходной суспензии. Кроме того, из экспериментов должны быть определены константы 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 правило, 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 перегородки, мертвых зон.

Ориентировочная частота вращения барабана, обеспечивающая образование осадка заданной толщины, его промывку и сушку, может быть определена в зависимости от распределения зон по поверхности барабана, от продолжительности 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 необходимость увеличения поверхности из-за увеличения сопротивления фильтровальной перегородки при многократном 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 выбранного фильтра.

120

2.2.3. Расчет выпарного аппарата

Процесс выпаривания широко применяют для концентрирования растворов нелетучих веществ. На рис. 2.6 представлена установка, в которую входит выпарной аппарат 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) раствора, кг/с; <?к — массовый расход конечного (упаренного) раствора, кг/с; W — массовый расход выпариваемой воды, кг/с;

GH • Ъ = Gx ■ хк, (28)

где Хд, хк — массовые доли растворенного вещества в начальном 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 — соответственно удельные теплоемкости начального и конечного (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 компенсацию 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 температуре конденсации, Дж/кг; х — паросодержание (степень сухости) греющего пара; гтп — удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг.

5. Удельный расход пара на выпаривание:

/-»

d = -££, кг г. п/кг исп. воды. (36)

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 водных растворов (х < 0,2) пользуются приближенной формулой

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 ориентировочно 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 воды при давлении р0); t{ — температура вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата (определяется как температура кипения воды при р^):

t{=tQ+AtTC. (40)

Atrc — гидравлическая депрессия; это изменение температуры вторичного пара на участке «сепаратор — барометрический 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 конденсаторе (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 атмосферном 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 давлении, Дж/кг.

Расчет температуры кипения растворов можно осуществить 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 значение 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 температуры кипения раствора вследствие гидростатического давления 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 выпарного 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 — соответственно 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 температурой 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 — коэффициент теплопередачи, Вт/м2 • К.

Пример расчета выпарного аппарата

Определить необходимую поверхность нагрева вакуум-выпарного аппарата и расход греющего насыщенного водяного пара для выпаривания раствора хлористого кальция от 15 до 25%. Производительность по исходному (разбавленному) раствору — 20 000 кг/ч. Абсолютное давление 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 сепараторе рх — 0,36 кгс/см2. Исходный раствор поступает в аппарат при tH = 75 °С. Коэффициент теплопередачи принять равным 1000 Вт/м2 • К, а тепловые потери — в размере 5% от полезно затрачиваемой теплоты. Рабочая высота 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 пара при р0 = 0,345 кгс/см2; AtTC — гидравлическая депрессия. 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 воспользуемся правилом Бабо. Определим температуру кипения раствора при наличии над раствором абсолютного давления рх = 0,36 кгс/см2; 25%-я раствор СаС12 при атмосферном давлении (р\ = 1,033 кгс/см2) кипит при температуре 107,5 °С. При этой температуре давление насыщенного 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

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 определяем 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 пара к кипящему раствору, вычисляем по формуле (34):

Q = Сн • С* ' (>к - >н> + ^Овт - V 'к) + бпоп

где сн — теплоемкость разбавленного раствора, определяем 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 формуле (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 процессы нагрева, охлаждения, испарения, конденсации. Широко используют для этих целей кожухотрубные теплообменники (рис. 2.7). При расчете теплообменных аппаратов определяют необходимую поверхность теплообмена, расход нагревающих или охлаждающих агентов, конструктивные 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 нагревающих или охлаждающих агентов.

Для определения расхода нагревающих или охлаждающих 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 тепловую 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 расход (при условии, что пар поступает насыщенным, а конденсат удаляется из аппарата при температуре насыщения) 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) состояние. В собственно теплообменниках обычно известно количество обоих теплоносителей, но из четырех температур, характеризующих их начальное и конечное состояние (/1н, t2il, /1к, /2к)' Даны лишь три; четвертую (неизвестную) температуру определяют, приравнивая правые части уравнений (54) и (55).

132

Используемые обозначения:

Qx — количество теплоты, отдаваемое горячим теплоносителем, Вт;

Q2 — количество теплоты, принимаемое холодным теплоносителем, Вт;

G! и (?2 - соответственно количество горячего и холодного теплоносителей, кг/с;

Cj и с2 — соответственно удельные теплоемкости горячего и холодного теплоносителей, Дж/кг • К;

hw ha ~ соответственно начальная и конечная температуры холодного теплоносителя, °С;

hw Чк. ~ соответственно начальная и конечная температуры горячего теплоносителя, °С;

г — теплота конденсации насыщенного пара, Дж/кг.

2. Определение среднего температурного напора и средних температур теплоносителей.

Если теплоносители движутся противотоком или прямотоком, то средний температурный напор Д/ср определяют по следующим формулам:

Чр= 2 . если jf < 2> <57)

или

д, =^=^!,если^>2,

*м "*м

где Д/б, Д/м — соответственно большая и меньшая разности температур на концах теплообменника.

В многоходовых теплообменниках теплоносители движутся вдоль части поверхности теплообмена противотоком и вдоль другой ее части — прямотоком. Для такого вида движения (смешанный ток) указанные формулы дают завышенные значения.

133

Для расчета среднего температурного напора при смешанном токе можно пользоваться следующими формулами:

2.1. Если теплообменник имеет один ход в межтрубном 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 (многократный смешанный ток), то

A + Ja?!

+ At'

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 теплоносителя;

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) необходимо выбрать так, чтобы теплоносители двигались с требуемыми скоростями. Для этого соответствующее сечение для прохода теплоносителя (в м2) должно удовлетворять условию

S = #, (63)

где G — расход теплоносителя, кг/с; W — массовая скорость теплоносителя, кг/м2 • с.

В то же время сечения для прохода теплоносителей связаны с конструктивными размерами аппарата приведенными ниже соотношениями.

3.1. В трубчатых теплообменниках площадь поперечного 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 пространства (в м2) определяют в зависимости от его устройства.

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

В межтрубном пространстве, разделенном про
дольными перегородками на N ходов,
В межтрубном пространстве с поперечными пере
городками расчет ведут по приведенному сечению:

■V.» - S-f^ ■ »т)

'прив

При этом Sj^p определяют по формуле (65), а коэффициент ф, учитывающий сужение сечения труб, находят по уравнению

i-i

Ф= fjb, (68)

'Mi)

где / — шаг труб, м.

Приведенную длину пути теплоносителя между перегородками /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) пользуются для теплоносителей, находящихся под высоким давлением.

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 диаметром 50—100 мм.

Для жидкостей массовую скорость в трубах теплообменников принимают равной 200—2000 кг/м2-с, причем более низкие значения выбирают для одноходовых кожухотрубных теплообменников, средние — для многоходовых, элементных, погружных и оросительных теплообменников, а более высокие — для теплообменников «труба в трубе» и каналов спиральных теплообменников.

Для газов при атмосферном давлении массовую скорость принимают в пределах 2—20 кг/м2-с. При повышенном 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 холодного теплоносителей, Вт/м2-К; V^ — тепловое сопротивление 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 сопротивления загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителей ( Г,ягп = -222 V загР >

/1-загр

Коэффициенты теплоотдачи рассчитывают в зависимости 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 задают диаметр труб, затем определяют число труб исходя из необходимых сечений для прохода теплоносителей и наконец по уравнению (77) находят требуемую длину труб. На рис. 2.8 приведено устройство поперечных перегородок, 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:

вязкость Ц! = 0,403 • Ю-4 Па • с;
теплопроводность Х{ = 0,065 Вт/м • К;
удельная теплоемкость с{= ИЗО Дж/кг • К.
Находим критерий Рейнольдса:

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 геометрический 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,

где /2 — определяющий геометрический размер. 142

Средняя температура воздуха tcp2 — 185 °С. Константы воздуха при этой температуре:

вязкость ц2 = 0,253 • Ю-4 Па • с;
теплопроводность Х2 = 0,0382 Вт/м • К;
удельная теплоемкость с2 = 1030 Дж/кг • К.

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 пространстве 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:

5 = 5

X X'

где 5 — толщина стенки трубы, 5 = 0,0025 м; X — теплопроводность 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.

Q Назовите порядок расчета пенного пылеулавливателя.

Q Каков порядок расчета скруббера Вентури?

@ Перечислите основные аппараты очистки сточных вод.

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 — надзирающий) вошел в научный обиход в XX в. и означает систему повторяющихся целенаправленных наблюдений за одним или более элементами окружающей природной среды в пространстве и времени.

В последние десятилетия общество все шире использует в своей деятельности сведения о состоянии природной среды. Эта информация нужна в повседневной жизни людей, при ведении хозяйства, в строительстве, при чрезвычайных обстоятельствах — для оповещения о надвигающихся опасных явлениях природы. Но изменения в состоянии окружающей среды происходят и под воздействием биосферных процессов, связанных с деятельностью человека. Определение «вклада» антропогенных изменений представляет собой специфическую задачу.

Экологический мониторинг — это информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния природной среды, созданная для выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов. На основании данных, полученных в результате экологического мониторинга, осуществляется выработка долгосрочных и оперативных управляющих решений в области охраны окружающей среды, рационального природопользования, обеспечения экологической безопасности. Для достижения поставленных целей экологический мониторинг решает следующие задачи:

выделение объекта наблюдения;
обеспечение сбора, обработки, хранения полной,
достоверной и сопоставимой информации о состоянии
объектов наблюдения;
своевременное доведение до заинтересованных по
требителей данных экологического мониторинга;

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 накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

о состоянии окружающей среды;
о причинах наблюдаемых и вероятных изменений ее
состояния (т. е. об источниках и факторах воздействия);
о допустимости изменений и нагрузок на среду в
целом;
о существующих резервах биосферы.

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

Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды в РФ в 1995 г.» определяет экологический 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 достаточных для обеспечения управления состоянием окружающей природной среды и экологической безопасностью.

В соответствии с приведенным определением и возложенными на систему функциями мониторинг включает три основных направления деятельности:

наблюдения за факторами воздействия и состояни
ем окружающей среды;
оценку фактического состояния окружающей среды;
прогноз состояния окружающей природной среды и
оценку прогнозируемого состояния.

146

Следует принять во внимание, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником информации, необходимой 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 использовать только в отношении деятельности, предполагающей принятие активных регулирующих мер. «Толковый словарь по охране природы» определяет экологический контроль следующим образом: это деятельность государственных органов, предприятий и граждан по соблюдению экологических норм и правил. Различают государственный, производственный и общественный экологический контроль.

В природоохранном законодательстве государственная служба мониторинга определена фактически как часть общей системы экологического контроля.

Наиболее универсальным подходом к определению структуры системы мониторинга антропогенных изменений природной среды является его разделение на блоки (рис. 3.1).

Информационная система (мониторинг)

Управление

Наблюдения

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

147

Существуют различные подходы к классификации мониторинга (по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения). На рис. 3.2 приведена классификация, охватывающая весь блок экологического мониторинга, наблюдения за меняющейся абиотической составляющей биосферы и ответной реакцией экосистем на эти изменения. Таким образом, экологический мониторинг включает как геофизические, так и биологические аспекты, что определяет широкий спектр методов и приемов исследований, используемых при его осуществлении.

Сегодня сеть наблюдений за источниками воздействия и за состоянием биосферы охватывает уже весь земной шар. Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) была создана совместными усилиями мирового сообщества (основные положения и цели программы были сформулированы в 1974 г. на Первом межправительственном совещании по мониторингу). Первоочередной задачей была признана организация мониторинга загрязнения 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 уровнях, которым соответствуют специально разработанные программы:

импактный мониторинг (И) — изучение сильных
воздействий в локальном масштабе;
региональный мониторинг (Р) — проявление проб
лем миграции и трансформации загрязняющих веществ,
совместного воздействия различных факторов, характер
ных для экономики региона;
фоновый мониторинг (Ф) — на базе биосферных
заповедников, где исключена всякая хозяйственная де
ятельность.

Программа импактного мониторинга может быть направлена, например, на изучение сбросов или выбросов конкретного предприятия. Предметом регионального мониторинга, как следует из названия, является состояние окружающей среды в пределах того или иного региона. Наконец, фоновый мониторинг, осуществляемый в рамках международной программы «Человек и биосфера», имеет целью зафиксировать фоновое состояние окружающей среды, что необходимо для дальнейших оценок уровней антропогенного воздействия.

Программы наблюдений формируются по принципу выбора приоритетных (подлежащих первоочередному определению) загрязняющих веществ и интегральных (отражающих группу явлений, процессов или веществ) характеристик. Классы приоритетности загрязняющих веществ, 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, взвешенные 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 соединения 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 программ: так, в территориальном масштабе приоритет государственных систем мониторинга отдан городам, источникам питьевой воды и местам нерестилищ рыб; в отношении сред наблюдений первоочередного внимания заслуживают атмосферный воздух и вода пресных водоемов. Приоритетность ингредиентов определяется с учетом

150

критериев, отражающих токсические свойства загрязняющих веществ, объемы их поступления в окружающую среду, особенности их трансформации, частоту и величину воздействия на человека и биоту, возможность организации измерений и другие факторы.

3.2. Организация системы мониторинга

окружающей природной среды

в России

ГСМОС основывается на системах национального мониторинга, которые функционируют в различных государствах согласно международным требованиям и специфическим подходам, сложившимся исторически или обусловленным характером наиболее остро стоящих экологических проблем. Международные требования, которым должны удовлетворять национальные системы — участницы ГСМОС, включают единые принципы разработки программ (с учетом приоритетных факторов воздействия), обязательность наблюдений за объектами, имеющими глобальную значимость, передачу информации в Центр ГСМОС.

Главный центр сбора и анализа информации

Региональные пункты наблюдений

На территории СССР в 1970-е годы на базе станций гидрометеослужбы была организована Общегосударственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды (ОГСНК), построенная по иерархическому принципу (рис. 3.3).

Первичные пункты наблюдений

Рис. 3.3. Поток информации

в иерархической системе

ОГСНК

В обработанном и систематизированном виде информация, полученная в рамках ОГСНК, была представлена в кадастровых изданиях, таких как «Ежегодные данные

151

о составе и качестве поверхностных вод суши» (по гидрохимическим и гидробиологическим показателям), «Ежегодник состояния атмосферы в городах и промышленных центрах» и др. До конца 1980-х годов все кадастровые издания имели гриф «Для служебного пользования», затем в течение трех-пяти лет были открытыми и доступными в центральных библиотеках. К настоящему времени сборники типа «Ежегодных данных...» в библиотеки практически не поступают. Некоторые материалы можно получить (приобрести) в региональных подразделениях Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу 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 дублированию усилий, снижает эффективность всей системы мониторинга и затрудняет доступ к необходимой информации как для граждан, так и для государственных организаций. Поэтому в 1993 г. было принято решение о создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая должна была объединить возможности и усилия многочисленных служб для решения задач комплексного наблюдения, оценки и прогноза состояния среды в Российской Федерации.

3.2.1. Единая государственная система экологического мониторинга

В рамках Единой государственной системы экологического мониторинга решаются следующие задачи:

разработка программ наблюдений за состоянием
окружающей природной среды на территории России;
организация наблюдений и проведение измерений
показателей объектов экологического мониторинга;

152

обеспечение достоверных и сопоставимых данных
наблюдений как в отдельных регионах, так и по всей тер
ритории РФ;
сбор и обработка данных наблюдений;
организация хранения данных наблюдений, созда
ние специальных банков данных;
гармонизация банков данных и баз экологической
информации с международными эколого-информацион-
ными системами;
оценка и прогноз состояния объектов окружающей
среды и антропогенного воздействия на них, природных
ресурсов, откликов экосистем и здоровья населения на
изменение состояния среды обитания человека;
обеспечение доступности экологической информа
ции широкому кругу потребителей, включая население,
общественные движения и организации;
информационное обеспечение органов управления
состоянием окружающей природной среды и природных
ресурсов, экологической безопасностью;
разработка и реализация единой научно-техниче
ской политики в области экологического мониторинга.

Создание ЕГСЭМ осуществляется на основе территориально-ведомственного принципа, Предусматривающего максимальное использование возможностей уже существующих государственных и ведомственных систем мониторинга состояния окружающей природной среды, антропогенного воздействия, состояния биоты, экосистем, среды обитания человека.

С учетом установленного распределения функций между федеральными органами исполнительной власти, целей и задач экологического мониторинга в ЕГСЭМ осуществляется сопряжение на единой методической и информационной основе базовых функциональных и специальных подсистем мониторинга, а также систем обеспечения ЕГСЭМ.

К базовым функциональным подсистемам относятся системы мониторинга:

— состояния атмосферы, поверхностных вод суши,
морской среды, почв (Росгидромет);

153

антропогенных воздействий и использования при
родных ресурсов (Минприроды и его территориальные
органы);
земель (Роскомнедра);
недр (Роскомнедра);
наземной флоры и фауны (Минприроды и его тер
риториальные органы);
состояния среды обитания человека (Госкомсан-
эпиднадзор).

Указанные органы исполнительной власти, их территориальные подразделения осуществляют координацию деятельности соответствующих отраслевых, ведомственных и объектовых служб мониторинга, выполняющих работы в рамках указанных базовых функциональных подсистем ЕГСЭМ, а также сбор и обобщение данных.

К базовым подсистемам относится мониторинг:

лесов (Рослесхоз);
водохозяйственных систем (Роскомвод);
рыб, водных животных и растений (Роскомрыбо-
ловство);
военных объектов (Минобороны);
объектов атомной промышленности (Минатом).

В ЕГСЭМ могут функционировать другие специальные системы мониторинга.

К системам обеспечения ЕГСЭМ относятся:

картографическое и геодезическое обеспечение (ре
ализуемое Роскартографии);
метрологическое обеспечение измерений (Госстан
дарт);
средства и системы космического мониторинга;
системы связи и коммуникаций (соответствующие
федеральные органы и их территориальные подразделе
ния).

Конкретный механизм функционирования ЕГСЭМ определяется Положением о Единой государственной системе 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, осуществляющих экологический мониторинг на основании специальной Государственной программы. ЕГСЭМ формируется на трех основных организационных уровнях — федеральном, субъектов Российской Федерации, локальном (объектном).

Территориальные системы экологического мониторинга (ТСЭМ) организуются в субъектах РФ и являются основными системообразующими элементами ЕГСЭМ (территориальными подсистемами ЕГСЭМ). Как и ЕГСЭМ в целом, ТСЭМ формируются на основе базовых функциональных и специальных подсистем при участии систем обеспечения соответствующего уровня. Кроме них на территориальном уровне функционируют локальные системы экологического мониторинга, формируемые предприятиями и организациями, осуществляющими хозяйственную деятельность на территории субъекта РФ.

ТСЭМ строятся в субъектах РФ по унифицированным методологическим принципам с целью обеспечения сопоставимости информации между отдельными подсистемами ЕГСЭМ и включают в себя как базовую сеть мониторинга федерального уровня, так и соответствующую сеть наблюдений за объектами, представляющими интерес непосредственно для данного субъекта Российской Федерации.

ТСЭМ решает задачи ЕГСЭМ на уровне субъектов РФ с учетом:

мониторинга объектов как по показателям, имею
щим общефедеральное значение, так и по показателям,
специфичным для данной территории;
выработки обобщенной информации для обеспече
ния информационных систем верхнего уровня иерархии
(регионального, федерального).

155

Данные, получаемые всеми звеньями территориального уровня ЕГСЭМ, собираются в специализированных центрах базовых функциональных и специальных подсистем мониторинга. Функции основного системообразующего центра ТСЭМ выполняет региональный информационно-аналитический центр (РИАЦ) территориального органа Минприроды, информационно связанный со всеми указанными центрами.

Для контроля функционирования объектов хозяйственной деятельности организуются системы мониторинга источников воздействия на окружающую природную среду и зон их непосредственного влияния (импактный мониторинг). Предприятия и организации, осуществляющие хозяйственную деятельность, оснащаются средствами контроля воздействий на окружающую среду, производимых в процессе функционирования предприятия. Системы контроля воздействий создаются за счет средств субъектов хозяйственной деятельности, которые обеспечивают их регламентное функционирование. Указанные системы контроля подлежат аттестации по правилам, утверждаемым руководящими органами ЕГСЭМ.

Региональный уровень ЕГСЭМ формируется субъектами Российской Федерации для решения задач экологического мониторинга, носящих региональный характер. При этом определяются подсистемы ЕГСЭМ, участвующие в формировании региональной системы. Целесообразность создания регионального уровня ЕГСЭМ определяется:

необходимостью оценки состояния природных объ
ектов, анализа природных процессов и экологически не
благоприятных явлений, когда их границы не совпадают с
границами субъектов РФ;
сложившейся структурой территориальных органов
ряда ведомств;
целесообразностью создания мощных региональных
функциональных органов, способных обслуживать ряд
субъектов РФ.

156

Федеральный уровень ЕГСЭМ образован центральными органами федеральной исполнительной власти, подведомственными им научными и производственными организациями, осуществляющими функции информационно-аналитических центров ЕГСЭМ. На федеральном уровне на ЕГСЭМ возложены функции:

интеграции экологической информации, получае
мой на уровне субъектов РФ и на федеральном уровне ве
домственных систем;
информационной поддержки процедур подготовки
и принятия решений в области охраны окружающей сре
ды и экологической безопасности, осуществляемых феде
ральными органами исполнительной и представительной
власти;
информирования населения и общественности Рос
сии об основных показателях, характеризующих экологи
ческую обстановку на территории страны, и крупномасш
табных тенденциях ее изменения;
обеспечения требуемого качества данных, получае
мых на всех уровнях ЕГСЭМ;
обеспечения функционирования специальных сис
тем мониторинга, не имеющих территориального и реги
онального уровней;
обеспечения участия РФ в международных, в том
числе глобальных, системах экологического мониторинга.

Сбор, хранение и анализ обобщенной информации, поступающей от информационных звеньев функциональных подсистем мониторинга территориального уровня, а также от федеральных центров ведомственных специализированных подсистем, осуществляется в информационно-управляющих федеральных центрах функциональных подсистем. Организация взаимодействия информационно-аналитических центров, обеспечение формирования банков данных ЕГСЭМ в целом осуществляются информационно-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 обеспечения качества данных (СОКД), реализуемая через федеральные центры, координирующие деятельность соответствующих базовых функциональных и специальных подсистем ЕГСЭМ. Основные задачи СОКД:

координация разработки, унификации и стандарти
зации методик анализа объектов мониторинга и техниче
ских средств, позволяющих реализовать эти методики;
обеспечение функционирования единой системы
внешнего контроля качества аналитических работ;
координация работ по сертификации и аттестации
звеньев мониторинга;
научно-методическое и организационное руковод
ство системой обеспечения качества данных на террито
риальном уровне;
метрологическое обеспечение средств измерения,
проводимых в рамках ЕГСЭМ.

Помимо совокупности функциональных и специальных подсистем мониторинга, для полноты оценки состояния окружающей среды в рамках ЕГСЭМ на федеральном уровне обеспечивается функционирование некоторых других подсистем мониторинга, как правило, не имеющих территориального уровня. К ним, в частности, относятся подсистемы мониторинга:

дальнего (трансграничного) переноса загрязняющих
воздух веществ;
комплексного фонового — на территории биосфер
ных заповедников;
озонового слоя;
гелиогеофизической, в частности ионосферно-маг
нитной, обстановки;
геокриологического.

В случае необходимости в составе ЕГСЭМ исходя из требований экологической обстановки могут создаваться

158

и другие тематические системы экологического мониторинга.

ЕГСЭМ принимает участие в международных проектах и программах по мониторингу окружающей среды, осуществляет информационное взаимодействие с этими системами, проводит работы по согласованию методологии и метрологическому обеспечению мониторинга.

Информация, получаемая на всех иерархических уровнях ЕГСЭМ, является приоритетной по отношению к информации, получаемой из других источников, при подготовке и принятии решений в области охраны окружающей среды и экологической безопасности для всех органов государственного управления. Эта информация является государственной собственностью, право владения, 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 было утверждено постановление о создании Государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды (ГСН). Она организована для наблюдения за происходящими в окружающей природной среде физическими, химическими и биологическими процессами, уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов (в том числе по гидробиологическим показателям) и за последствиями этого влияния на растительный и животный мир и для обеспечения заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной информацией об изменениях в окружающей природной среде, предупреждениями и прогнозами ее состояния.

Наблюдения осуществляются Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Минприроды Российской Федерации при

159

участии других федеральных органов исполнительной власти и органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации через систему стационарных и подвижных пунктов наблюдений, в том числе постов, станций, лабораторий, центров, бюро, обсерваторий, расположенных в различных природно-климатических районах, городах, промышленных центрах и на водных объектах (включая водохранилища и каналы) с различной антропогенной нагрузкой, средств наблюдений авиакосмического и морского базирования (государственную и ведомственные 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:

стихийные бедствия, обусловленные погодно-кли-
матическими причинами (наводнения, ураганные ветры,
засухи, сели, лавины и т. д.);
неблагоприятные природные условия для отдельных
направлений хозяйственной деятельности (сельское, лес
ное и водное хозяйство, энергетика, строительство,
транспорт и т. д.);
антропогенные изменения состояния окружающей
природной среды, в том числе ее химическое, радиоак
тивное и тепловое загрязнение, физические, химические
и биологические (для водных объектов) процессы;
изменение естественного состава природных сред;
изменение климата;

обеспечение органов государственной власти Рос
сийской Федерации, органов государственной власти
субъектов Российской Федерации и органов местного са
моуправления данными о фактическом состоянии окру
жающей природной среды, ее загрязнении, а также ин
формацией о происходящих и прогнозируемых изменени
ях в ее состоянии;
обеспечение органов и организаций, входящих в
Единую государственную систему предупреждения и лик-

160

видации чрезвычайных ситуаций, оперативной фактической и прогностической информацией о состоянии окружающей природной среды в целях обеспечения безопасности населения и снижения ущерба экономике от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

обеспечение государственного санитарно-эпидемио
логического надзора Российской Федерации необходимой
информацией о состоянии окружающей природной среды
для решения задач социально-гигиенического монито
ринга;
обеспечение специально уполномоченных государ
ственных органов Российской Федерации в области охра
ны окружающей природной среды необходимой инфор
мацией для комплексного анализа и оценки состояния
окружающей природной среды и использования природ
ных ресурсов;
обеспечение заинтересованных организаций и насе
ления текущей и экстренной информацией об изменени
ях в окружающей природной среде, предупреждениями и
прогнозами ее состояния;
организация согласованного функционирования ве
домственных и территориальных наблюдательных сетей с
целью комплексной оценки и прогноза изменений, про
исходящих в природной среде;
обеспечение необходимой полноты и достоверности
информации о состоянии окружающей природной среды
и сопоставимости этой информации на всей территории
страны; оптимизация использования наземных, авиаци
онных и космических систем наблюдений;
своевременное предоставление необходимой ин
формации в Единый государственный фонд данных о сос
тоянии окружающей природной среды, в иные фонды и
банки данных;
обеспечение согласованного функционирования
ведомственных и территориальных наблюдательных сетей
за состоянием окружающей природной среды с анало
гичными международными и национальными системами.

161

Для получения специализированной информации о состоянии окружающей природной среды органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации и органами местного самоуправления могут формироваться территориальные наблюдательные сети. Порядок и условия согласованного функционирования территориальных наблюдательных сетей в рамках Государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды определяются совместным решением органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации и федеральных органов исполнительной власти в соответствии с их компетенцией или органов местного самоуправления и федеральных органов исполнительной власти в соответствии с их компетенцией.

Территориальные органы Минприроды РФ совместно с территориальными органами Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды устанавливают и пересматривают перечень объектов, владельцы которых должны осуществлять мониторинг атмосферного воздуха.

Финансирование деятельности Государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды осуществляется в пределах средств, предусматриваемых в федеральном бюджете на соответствующий год Федеральной службе России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, другим федеральным органам исполнительной власти, осуществляющим в соответствии с установленной им компетенцией мониторинг состояния окружающей природной среды, и в пределах установленных численности и фонда оплаты труда работников центральных аппаратов и их территориальных органов.

3.3. Общие сведения о методах наблюдений

Для получения объективной информации о состоянии и уровне загрязнения объектов окружающей среды необходимо располагать надежными методами анализа. Эф-

фективность любого метода оценивается совокупностью показателей: селективностью и чувствительностью определения, воспроизводимостью получаемых результатов, экспрессностью выполнения анализа. Методы должны быть применимы в широком диапазоне концентраций загрязняющих веществ, включая их следовые количества в незагрязненных объектах фоновых районов.

В системе мониторинга проводят наблюдения с использованием контактных и дистанционных методов. Контактные наблюдения подразумевают непосредственный контакт с изучаемым объектом окружающей среды: взятие пробы оператором, ее подачу на пробоподготовку или в измерительный прибор либо перемещение измерительного прибора в изучаемой среде (не требуется взятие пробы оператором). Дистанционные наблюдения подразумевают наблюдения за удаленными от места проведения измерений объектами.

3.3.1. Контактные методы наблюдений

В настоящее время определение содержания загрязняющих веществ в объектах окружающей среды осуществляется различными методами, которые можно разделить на три большие группы: электрохимические, оптические и хроматографические.

Электрохимические методы включают в основном кон-дуктометрию, кулонометрию, полярографию.

Кондуктометрический метод анализа основан на регистрации изменений электропроводности раствора, возникающих в результате поглощения газовой смеси. Этот метод не требует применения сложной аппаратуры, приборы обладают высокой чувствительностью, быстродействием и компактностью. Недостатком метода является его неселективность: все растворяющиеся в реактиве с образованием ионов газы сильно влияют на электропроводность электролита. Кондуктометрические анализаторы используют, например, в мониторинге атмосферного воздуха.

Кулонометртеский метод состоит в непрерывном автоматическом титровании вещества реагентом, электрохимически генерируемым на одном из электродов в реакционной среде. Количество электричества, затраченного на генерацию титрующего агента, служит мерой содержания определяемого вещества в реакционной среде. Количество электричества определяется как произведение измеряемого тока на время генерации до точки эквивалентности.

Кулонометрический метод анализа обладает высокой чувствительностью и широким динамическим диапазоном. К недостаткам кулонометрических приборов можно отнести низкую селективность и необходимость периодической смены электролита. Примером таких приборов являются газоанализаторы ГКП-1 и «Атмосфера-1», служащие 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 количеств веществ. Полярографы ППТ-1, ПУ-1, ПЛ-2, ПА-3, ПО-5122 используют для определения концентраций органических и неорганических соединений с минимальным содержанием в пробе от 0,05 до 1 мкг/мл.

Оптические методы анализа включают в себя абсорбционные и эмиссионные методы.

Абсорбционные методы основаны на способности веществ избирательно поглощать лучистую энергию Солнца в характерных участках спектрального диапазона и, в свою очередь, подразделяются на недисперсионные и дисперсионные. Недисперсионные методы основаны на выделении нужной спектральной области без разложения излучения в спектр, а дисперсионные — на выделении нужной спектральной области путем разложения излучения в спектр.

Фотоколориметрический метод основан на измерении интенсивности окраски цветных соединений, образующихся при взаимодействии определяемого компонента со вспомогательным реагентом. Метод обладает высокой

чувствительностью и хорошей селективностью, к его недостаткам можно отнести невысокую точность и большую погрешность измерения.

Фотоколориметры марок ФЭК-М, ФЭК-Н-5, ФК-110 и другие используют для определения содержания в растворах органических и неорганических соединений. Чувствительность 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 спектрофотометрах используют поглощение монохроматического света. Для анализа жидких сред применяют спектрофотометры марок СФ-4, СФД-2, СФ-2М, СФ9, СФ-10, СФ-14, СФ-19, С-605 и др. Чувствительность определения органических и неорганических соединений находится 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 контролируемый раствор пробы. Если измеряется не прошедший через суспензию свет, а рассеянный, то такой метод анализа называют нефелометрическим. Он особенно чувствителен при анализе сильно разбавленных суспензий.

Еще одним абсорбционным аналитическим методом является оптико-акустический — весьма перспективный метод определения многочисленных органических загрязняющих веществ, поскольку они способны поглощать ИК-излучение, моделированное звуковой частотой. В результате такого поглощения молекулы органических загрязнителей начинают испускать звук на частоте модуляции; механизм испускания состоит в том, что газ в рабочей кювете разогревается под действием инфракрасного излучения и его давление начинает колебаться с частотой модуляции (звука). Измеряя интенсивность этого звука, удается измерить и концентрацию вещества, поглотившего ИК-излучение. Зная частоту последнего, можно уста-

165

новить тип вещества. Оптико-акустический метод используют в газоанализаторах ГИАМ-1, ИКРП-450У. Таким методом определяют содержание в пробах органических веществ. Он характеризуется высокой избирательностью и чувствительностью для сильно флуоресцирующих веществ и может быть использован в качестве метода дистанционных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.

Эмиссионные методы основаны на измерении интенсивности излучения анализируемой газовой смеси. Исследуемые молекулы приводят в состояние оптического возбуждения, а затем регистрируют интенсивность люминесценции или флуоресценции — испускания возбужденными молекулами квантов света при возвращении в основное состояние.

При люминесценции возбуждение осуществляют при нормальной температуре в результате химических реакций (хемилюминесценция), протекания электрического тока (электролюминесценция) или поглощения световой энергии (флуоресценция). Последний метод характеризуется высокой избирательностью и чувствительностью для сильно флуоресцирующих веществ и может быть использован в качестве метода дистанционных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.

Хроматографические методы относят к гибридным, или комбинированным, так как они основаны на комбинировании как минимум двух разнородных принципов: предварительного разделения смеси веществ и последующего 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 универсальные (абсолютно неселективные) и селективные, причем степень селективности может быть разной.

Масс-спектрометрический метод заключается в ионизации газообразной пробы электронной бомбардировкой, после чего образующиеся ионы подвергаются воздействию магнитного поля. В зависимости от массы и заряда

166

ионы в поле отклоняются с различной скоростью и соответствующим образом разделяются. Достоинствами метода являются малый объем пробы и высокая избирательность. К недостаткам можно отнести дороговизну. Метод применяют для определения диоксинов, полихлорирован-ных бифенилов и др.

Газохроматографический метод основан на селективном разделении соединений между двумя несмешиваю-щимися фазами, одна из которых неподвижна (жидкость, твердое тело), а другая подвижна (инертный газ-носитель). Метод позволяет определять ничтожно малые количества веществ, не обладающих специфическими реакциями, анализировать смеси из десятков и сотен компонентов 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 использовать даже для разделения неорганических веществ и веществ с крайне низким парциальным давлением собственных паров. В отличие от газовой хроматографии анализ проводят при комнатной температуре.

3.3.2. Дистанционные методы наблюдений

Наблюдения за природными объектами с помощью различного типа летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, воздушных шаров, аэростатов, дирижаблей, спутников Земли) относятся к области аэрокосмического мониторинга. Чем большую высоту набирает летательный аппарат, несущий средства наблюдений, тем большими становятся угол и площадь обзора. Аэрокосмические 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 измерения называются пассивными. В этом случае нет возможности воздействовать на изучаемый объект с помощью обратной связи. Пассивные дистанционные измерения незаменимы на основных трассах (определение 03 с помощью 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 использованием спутников) применяют в глобальном и региональном мониторинге. В Российской Федерации это метод многозональной видеоинформации (фотографирование 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 использование искусственных источников излучения, например лазеров. Возможности этих методов шире за счет возможности изменения параметров источников излучения (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 отслеживать состояние земной поверхности, водоемов и водотоков, а также контролировать загрязнение атмосферы такими веществами, как СО, СН4, оксиды азота и т. д.

168

3.3.3. Биологические методы наблюдений

Составной частью экологического мониторинга является мониторинг биологический, т. е. система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных антропогенными факторами. Задача такого мониторинга — обнаружение, идентификация и определение концентраций загрязняющих веществ в биоте с использованием индикаторных организмов. Химические и физико-химические методы анализа не в состоянии охватить все многообразие загрязняющих веществ, которые претерпевают в окружающей среде сложные трансформации, образуя подчас более токсичные соединения. Количественный анализ какой-либо примеси сам по себе не дает ответа на вопрос о ее биологической опасности. Поэтому необходимы методы интегральной оценки качества среды, такие как биотестирование и биоиндикация.

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 исследуемой среде, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания.

К тест-объектам и биоиндикаторам предъявляют определенные требования:

присутствие биоиндикаторов в исследуемой среде в
большом количестве (либо доступность и простота куль
тивирования тест-объектов);
возможность четкой регистрации эффекта;
достаточно высокая чувствительность;
точность, воспроизводимость, достоверность полу
чаемой информации.

169

Биотестирование и биоиндикацию можно осуществлять на уровне молекулы, клетки, органа (или систем органов), организма, популяции и даже биоценоза. Но необходимо учитывать, что с повышением уровня организации биологических систем возрастает и их сложность, неоднозначность их взаимосвязи с факторами среды.

Загрязнение воздушного бассейна и почвенного покрова оценивают биологическими методами по состоянию наземной растительности. При повышенных уровнях загрязнения отмечается угнетение растительного покрова, исчезновение отдельных видов и т. п. О качестве почвы можно также судить по активности и распространению в ней почвенных организмов.

Загрязнение водных объектов оценивают по совокупности данных о состоянии зоо- и фитопланктона, зообен-тоса, перифитона и др.

Оценку степени загрязнения окружающей среды по результатам биотестирования или биоиндикации, как правило, 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 принятым в системе Росгидромета классификатором делят на шесть классов: очень чистые, чистые, умеренно загрязненные, загрязненные, грязные и очень грязные.

3.4. Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха

Воздушная среда является наиболее подвижной из всех природных сред, именно поэтому загрязняющие вещества в ней быстро распространяются на большие расстояния. По этой же причине те вещества, которые способны 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 после 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 загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах регламентируются требованиями ГОСТ 17.2.3.01—86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов». Наблюдения за загрязнением атмосферы осуществляют на специальных постах. Постом является выбранная точка местности, на которой размещают павильон или автомобиль, оборудованные соответствующими приборами.

При проведении мониторинга устанавливают три категории постов наблюдений: стационарный, маршрутный и передвижной (подфакельный). Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяют опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных и наиболее распространенных загрязняющих веществ. Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижного оборудования. Передвижной пост предназначен для отбора проб под дымовым (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, газоне — таким образом, чтобы были исключены искажения

171

результатов измерений из-за наличия зеленых насаждений, зданий и т. д.

Стационарный и маршрутный посты размещают в местах, выбранных на основе предварительного исследования загрязнения воздушной среды города промышленными и бытовыми выбросами, выбросами автотранспорта и условий рассеивания. Эти посты размещают в центральной части населенного пункта, жилых районах с различным 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 закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере.

Число постов и их размещение определяют с учетом численности населения, площади населенного пункта и рельефа местности, развития промышленности и сети магистралей, рассредоточенности мест отдыха и курортных зон. Число стационарных постов устанавливают следующим 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 постов — более 500 тыс. жителей, 10—20 постов (стационарных и маршрутных) — более 1 млн жителей.

В населенных пунктах устанавливают один стационарный или маршрутный пост через каждые 0,5—5 км с учетом сложности рельефа и наличия источников загрязнения.

Наблюдения на постах проводят по одной из четырех программ: полной, неполной, сокращенной, суточной.

Полная программа предназначена для получения информации о разовых и среднесуточных концентрациях. Наблюдения по полной программе выполняют ежедневно путем регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки времени не менее четырех раз с обязательным отбором в 1, 7, 13, 19 ч

172

по местному времени. Допускается проводить наблюдения 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 проводить с целью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в7, 13, 19ч по местному времени.

По сокращенной программе наблюдения проводят с целью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7 и 13 ч по местному времени. Наблюдения по этой программе допускается проводить при температуре воздуха ниже —45 °С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 разовой ПДК или меньше нижнего предела диапазона измерений примеси используемым методом.

Суточная программа отбора проб предназначена для получения информации о среднесуточной концентрации. Наблюдения по этой программе проводят путем непрерывного суточного отбора проб (в 1, 7, 13, 19 ч).

Одновременно с отбором проб воздуха определяют направление и скорость ветра, температуру воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности. В период неблагоприятных метеорологических условий (штиль, температурная инверсия) и значительного возрастания концентраций загрязняющих веществ наблюдения проводят каждые три часа.

3.4.2. Выбор места контроля загрязнения и его источника

Место для первичной оценки или отбора пробы выбирают в соответствии с целями анализа и на основании внимательного изучения всей имеющейся предварительной 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 первичной оценки наличия и уровня загрязнения (воздействия). В зависимости от вида анализируемой среды данная процедура имеет некоторые особенности.

Поиск и выбор места отбора, а также первичной оценки проб воздуха (как и в отношении других сред) проводят в предполагаемых зонах максимального загрязнения окружающей природной среды (например, в факеле выброса и в зонах его возможного прохождения на расстоянии до объекта от сотен метров до нескольких километров, обычно на высоте до 1,5 м от поверхности земли) или непосредственно вблизи нахождения людей и других биообъектов, для которых данный выброс может оказаться вредным или опасным.

В рабочей зоне пробы воздуха следует отбирать в местах постоянного или максимально длительного пребывания людей, при характерных производственных условиях с учетом особенностей технологического процесса, уровня, физико-химических свойств, а также класса опасности и биологического действия вьщеляющихся химических загрязняющих веществ или физических факторов воздействия, температуры и влажности окружающей среды.

Места для отбора пробы воздуха в рабочей зоне выбирают с учетом технологических операций, при которых возможно наибольшее выделение в воздух рабочей зоны вредных веществ, например:

у аппаратуры и агрегатов в период наиболее актив
ных химических, термических и иных процессов в них;
на участках загрузки и выгрузки веществ, затарива
ния готовой продукции;
на участках внутренней транспортировки сырья, по
луфабрикатов и продукции;
на участках размола и сушки сыпучих, пылящих ма
териалов и веществ, у наиболее вероятных источников
выделений при перекачке жидкостей и газов (насосные,
компрессорные) и др.;
в местах отбора технологических проб, необходи
мых для целей технического анализа.

174

Часто учитывают свойства веществ и класс опасности, устанавливая следующую периодичность отбора и анализа проб:

для первого класса — не реже одного раза в 10 дней;
для второго класса — не реже чем ежемесячно;
для третьего и четвертого классов — не реже одного
раза в квартал.

В операцию поиска источника или места пробоотбора часто включают задачу идентификации характера воздействия или загрязняющего вещества (ЗВ) — установление его природы, расшифровку состава основных компонентов смеси. Если отсутствуют технические возможности или нет необходимости в идентификации, ее заменяют более простой задачей — обнаружением, т. е. подтверждением факта наличия загрязняющего вещества в среде. В случае обнаружения вредного физического фактора (ФФ) целесообразно сразу проводить количественное измерение его уровня.

Это следует делать максимально экспрессно, т. е. за минимальный промежуток времени, сопоставимо по времени 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 безопасность персонала, их проводящего (в случае анализа су-перэкотоксикантов, радиации и других особо вредных химических веществ и факторов, а также при обследовании особо опасных производственных и иных объектов). Характер работы технического средства контроля в режиме обнаружения по возможности должен быть следящим (непрерывным или хотя бы периодическим, но с минимальным временем паузы между повторяющимся циклом анализа).

Применяемые методы и технические средства контроля должны быть способны обнаруживать ЗВ или ФФ максимально специфично, т. е. избирательно по отношению к искомому ЗВ или ФФ на фоне мешающих примесей или других имеющихся факторов. В случае решения

175

задачи идентификации главной характеристикой технического средства становится его селективность (даже в ущерб чувствительности), т. е. способность одновременно (или последовательно) различать в анализируемой среде несколько даже похожих по свойствам веществ (факторов).

Еще одной значимой характеристикой технического средства является его чувствительность, т. е. способность фиксировать минимально возможные концентрации загрязняющих 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 можно 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 используют портативные средства экспрессного контроля. Для воздуха это индикаторные трубки, экспресс-тесты на основе индикаторных бумажек или пленок, другие индикаторные элементы.

Для автоматического обнаружения обычно применяют малогабаритные сенсоры и другие чувствительные элементы — устройства, обладающие свойствами быстродействующего первичного преобразования контролируемого параметра окружающей среды в аналитический сигнал (изменение окраски, перепад электрического тока, напряжения или другого фиксируемого показателя), т. е. являющиеся сигнализаторами. После обнаружения (или идентификации) загрязняющего вещества (средства) выдается информация, необходимая для принятия решения о проведении следующей операции — пробоотбора.

176

3.4.3. Виды проб

Отбор проб — важнейшая часть аналитической процедуры при осуществлении контроля качества окружающей среды контактными методами наблюдений. Погрешность пробоотбора, как правило, значительно превышает погрешность подготовки проб, а последняя, в свою очередь, больше погрешности метода анализа. Именно поэтому правильно отобранная проба — залог получения достоверного результата.

Правильно отобрать пробу — значит получить пробу представительную, репрезентативную (от англ. representative — представительный, показательный). Представительная проба статистически правильно отражает состояние объекта анализа и его количественный и качественный состав в данное время в данном месте, содержит достаточное количество вещества для анализа, обеспечивает условия сохранности вещественного состава среды в течение всего времени до получения результата анализа.

Пробы бывают простые (единичные) и смешанные. Взятие простой пробы подразумевает однократный отбор в одной точке пространства всего объема материала, необходимого для проведения анализа. В большинстве случаев единичной пробы недостаточно для получения объективной информации о состоянии окружающей среды вследствие изменчивости ее характеристик в пространстве и времени.

Смешанную пробу (усредненную, объединенную, составную) получают путем объединения нескольких простых проб, взятых по определенной программе в разных точках пространства в один и тот же момент времени или отобранных в одной точке пространства через определенные 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 загрязняющее вещество может быть сконцентрировано (пробоот-бор с концентрированием), что является весьма немаловажным при контроле высокотоксичных примесей, содержащихся в объектах окружающей среды в незначительных количествах (диоксины, полихлорированные бифенилы). Если же концентрация загрязняющего вещества велика (например, в воздухе рабочей зоны или в створе сброса сточных вод), проводят пробоотбор без концентрирования.

В пробах, взятых с предварительным концентрированием загрязняющего вещества, химический состав исследуемой 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 концентрирования необходимо проводить их стабилизацию (консервацию).

3.4.4. Отбор проб воздуха

Химический анализ воздуха чаще всего начинают с отбора и подготовки пробы к анализу. Все стадии анализа связаны между собой. Так, тщательно измеренный аналитический сигнал не дает правильной информации о содержании 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 высокоточных методов. В свою очередь, отбор и подготовка пробы зависят не только от природы анализируемого объекта, но и от способа измерения аналитического сигнала. Приемы и порядок отбора пробы настолько важны при проведении химического анализа, что обычно предписываются государственным стандартом.

Отобранная проба должна быть представительной, т. е. статистически правильно отражать состояние объекта окружающей среды, из которого она взята.

Универсального способа пробоотбора, позволяющего одновременно улавливать из воздуха все загрязняющие вещества, не существует. Выбор адекватного способа отбора определяется прежде всего агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.

В воздухе загрязняющие компоненты могут присутствовать в виде газов (NO, N02, CO, S02), паров (преимущественно 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 конденсируются с образованием аэрозоля конденсации. Аэрозоли конденсации образуются также при некоторых химических 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 аммония.

Правильное установление агрегатного состояния вредного вещества в воздухе способствует правильному выбору фильтров и сорбентов и уменьшению погрешности определения, связанной с пробоотбором. Для предварительной оценки агрегатного состояния примесей в воздухе необходимо располагать сведениями об их летучее-

179

ти — максимальной концентрации паров, выраженной в единицах массы на объем воздуха при данной температуре. Летучесть L (в мг/л) рассчитывают по формуле

L = 16 • Р • М/(273 + О,

где Р — давление насыщенного пара при данной температуре, мм рт. ст.; М — молекулярная масса вещества; / — температура, °С.

При классификации вредных веществ по их агрегатным состояниям в воздухе необходимо учитывать (помимо летучести) их предельно допустимые концентрации. 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 (например, серной кислоты) ниже ПДК в 10 раз и более, то наличием паров можно пренебречь. В этом случае определяют лишь содержание в воздухе аэрозоля. При значительном превышении ПДК (в 50 раз и более) определяют только пары (например, нафталина). К парам и аэрозолям 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 надежному определению, зависит от количества отбираемого воздуха.

Многообразие вредных веществ и агрегатных состояний 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. Анализируемые вещества растворяются или вступают в химическое 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 исследуемого воздуха через поглотительный сосуд с каким-либо растворителем (органические растворители, кислоты, спирты, вода, смешанные растворы). Скорость пропускания 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. Наибольшее распространение получили абсорберы со стеклянными пористыми пластинками, поглотительные сосуды 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 через пористый фильтр, вследствие чего увеличивается поверхность контакта воздуха с раствором, а скорость аспирации может быть повышена до 3 л/мин.

Увеличение поверхности контакта может быть достигнуто также в результате увеличения длины пути прохождения пузырьков воздуха через раствор. Так, в поглотительных сосудах Зайцева высота столба растворителя составляет 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 аспирации воздуха может достигать 100 л/мин.

Более эффективным является поглощение, основанное на химических реакциях исследуемых веществ с поглотительной жидкостью. Например, для поглощения аммиака и аминов применяют разбавленную серную кислоту, для поглощения фенола — раствор щелочи.

Для проверки эффективности работы поглотительного сосуда к нему присоединяют последовательно еще один или два поглотителя. Пробу воздуха с известным содержанием вредного вещества пропускают через все абсорберы 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, если в первом сосуде абсорбировалось около 95% исследуемого вещества.

Достоинствами отбора проб в жидкие среды являются селективность (можно подобрать поглотительный раствор для широкого круга загрязняющих веществ), простота, экономичность. К недостаткам следует отнести невысокую 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 химических веществ из воздуха начали применять в конце 60-х

182

годов прошлого века в связи с широким развитием газовой хроматографии.

Способ отбора проб воздуха в жидкости для газохро-матографического анализа в большинстве случаев неприемлем, так как не позволяет проводить концентрирование веществ из большого объема воздуха вследствие улетучивания растворителей и связанных с этим потерь анализируемых веществ.

Применение твердых сорбентов дает возможность увеличить скорость пропускания воздуха (по сравнению с пропусканием через жидкость) и за короткое время накопить 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 высокой сохранностью. Этот метод пробоотбора характеризуется высоким коэффициентом концентрирования.

Твердые сорбенты, применяемые для отбора проб воздуха, должны обладать механической прочностью, иметь небольшое сродство с водяными парами (т. е. плохо сорбировать их), легко активироваться, иметь максимальную сорбционную способность по отношению к анализируемым веществам, а при анализе — легко десорбировать поглощенное вещество, иметь однородную структуру поверхности.

Для анализа воздуха применяют три группы сорбентов, однако ни один из них не является универсальным. Первая группа — гидрофильные неорганические материалы типа силикагелей и молекулярных сит. Вторая группа — гидрофильные неорганические материалы — активированные угли. К третьей группе относят синтетические макропористые органические материалы с высокой степенью гидрофобности и небольшой удельной поверхностью — пористые полимеры.

Силикагели (Si02 • nH20) представляют собой гидрофильные 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 молекулами сорбата. Силикагели избирательно поглощают примеси полярных соединений, таких как амины, спирты, фенол, альдегиды и аминоспирты. Однако эти адсорбенты применяют в практике анализа загрязнений реже, чем активированный уголь и полимерные сорбенты. Это обусловлено гидрофильностью силикагелей, которая приводит к значительному снижению сорбционной емкости ловушек.

Активированный уголь является неполярным сорбентом с сильно развитой пористой структурой. Удельная поверхность активированного угля достигает 1000 м2/г. Он способен прочно удерживать большинство органических 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 достигать сотен миллиграммов. Активированный уголь избирательно поглощает углеводороды и их производные, ароматические соединения, слабее — низшие алифатические спирты, карбоновые кислоты, сложные эфиры. Сконцентрированные на активированном угле примеси удерживаются очень прочно, и десорбировать их при нагревании практически невозможно. Для извлечения примесей из ловушек с активированным углем используют экстракцию.

В условиях повышенной влажности применение активированного угля и силикагеля для отбора проб становится практически невозможным. В этом случае рекомендуется применять полимерные пористые сорбенты, такие как порапаки, хромосорбы, полисорбы, тенакс и др. Пористые полимеры инертны, гидрофобны, обладают достаточно хорошо развитой поверхностью, эффективно улавливают 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 сорбентов являются плохая адсорбция газов и паров низкомолекулярных 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 является 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 отборе из воздуха нестабильных и реакционно-способных соединений. Техника этого метода сводится к пропусканию исследуемого воздуха через охлаждаемое сорбционное устройство с большой поверхностью, например через стальные или стеклянные трубки, заполненные инертным носителем (стеклянными шариками, стеклянной ватой). В качестве хладагентов используют следующие смеси:

лед — вода (0 °С);
лед — хлорид натрия (—16 °С);
твердая углекислота — ацетон (—80 °С);
жидкий азот (—185 °С).

Степень обогащения пробы целевыми компонентами может быть при этом очень высокой (100—1000 раз и более). Однако применение такого способа извлечения примесей из воздуха затрудняет предварительное удаление влаги, которая, конденсируясь в ловушках, мешает газо-хроматографическому определению примесей и увеличивает 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 температуре 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, обладающим достаточно высокой чувствительностью. Для отбора проб воздуха применяют шприцы, газовые пипетки и бутыли.

К недостаткам этого метода отбора можно отнести:

ограниченный набор определяемых соединений;
ограниченный предел обнаружения примесей;
сорбцию компонентов на стенках контейнеров;
возможность протекания химических реакций при
хранении пробы в контейнере в присутствии влаги и кис
лорода воздуха.

Концентрирование на фильтрах

Вещества, находящиеся в воздухе в виде высокодисперсных аэрозолей (дымов, туманов, пыли), концентрируют на различных фильтрующих волокнистых материалах: перхлорвиниловой ткани, ацетилцеллюлозе, полистироле, стекловолокне. Перспективными являются фильтры, состоящие из волокнистого фильтрующего материала, имп-регнированного тонкодисперсным активным углем. Большой 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, обработанный нитратом серебра (для йода) или йодом (для ртути). Такие фильтры позволяют проводить отбор проб воздуха 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 исследовании, так как результаты самого точного тщательно выполненного анализа теряют всякий смысл при неправильно 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 герметично 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 нескольких загрязняющих веществ допускается осуществлять пробоотбор по наиболее опасным или характерным компонентам.

3.4.5. Стабилизация и хранение проб воздуха

Пробы объектов окружающей среды можно отбирать как непосредственно перед анализом, так и заблаговременно. 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 представление о процессах, идущих в средах при хранении проб, а также знать правила хранения. В зависимости от предполагаемой продолжительности хранения отобранные пробы иногда консервируют. При этом универсального 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 достоверности результатов все реагенты, особенно применяемые в больших количествах (вода, прочие растворители), должны быть по возможности высокой чистоты. Для определения очень низких концентраций даже реагенты высокой чистоты перед применением необходимо очищать дополнительно. Поэтому реагенты (в том числе для растворения 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 хранящиеся под ними пробы.

Материалы, из которых изготовлены сосуды, устройства и инструменты для отбора проб, должны быть устойчивы к воздействию образца или реагента. Их поверхность должна быть гладкой и легко очищаться. В этом отношении наилучшие свойства у посуды из тефлона, однако следует учитывать, что она имеет зернистую структуру и может адсорбировать многие соединения.

Желательно использовать тщательно вымытые стеклянные (притертые) или полиэтиленовые пробки. Корковые или резиновые пробки предварительно кипятят в дистиллированной воде или обертывают полиэтиленовой пленкой.

Подготовленная для отбора образцов или проб стеклянная или полиэтиленовая посуда через несколько часов накапливает на поверхности загрязнения, адсорбируя их

188

из воздуха лаборатории, поэтому ее необходимо обрабатывать непосредственно перед употреблением.

Большие трудности при определении фоновых и следовых количеств загрязняющих веществ возникают в связи с тем, что уровни их содержания в природных объектах могут быть сравнимы с количествами этих соединений, вносимыми в образец с используемыми в анализе реагентами или при поступлении из окружающего воздуха. Влияние указанных примесей на результаты анализа в общем случае оценить довольно сложно, поэтому на последующих стадиях анализа их пытаются учесть с использованием холостого опыта.

Источником искажающих анализ загрязнений проб воздуха могут быть как мешающие примеси в анализируемой воздушной среде, так и сам аналитик. В частности, в продуктах жизнедеятельности человека, выделяемых в воздух, идентифицировано около 135 различных соединений, часть из которых потом поглощается анализируемыми средами из воздуха (например, бензол, толуол, хлорор-ганические соединения, полиароматические углеводороды и др.) или концентрируется на волосах и коже. А табачный дым, вьщыхаемый курильщиком, содержит в среднем от 0,1 до 27 нг диметилнитрозамина. Содержащиеся в воздухе лаборатории примеси могут поглощаться сорбентами, используемыми для концентрирования и разделения определяемых веществ. По этой причине фильтровальную бумагу и пластинки следует хранить в специальных 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 аспирации в жидкость или сорбции на твердые поглотители. При этом в первом случае применяют все описанные процедуры стабилизации и хранения водных (жидкостных) проб, а во втором — процедуры стабилизации и хранения проб почвы.

189

3.4.6. Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на стационарных постах

Стационарный пост наблюдений — это специально оборудованный павильон, в котором размещена аппаратура, необходимая для регистрации концентраций загрязняющих веществ и метеопараметров по установленной программе.

Перед установкой поста следует проанализировать расчетные поля концентраций по всем ингредиентам от совокупности выбросов всех стационарных и передвижных источников; особенности застройки и рельефа местности; перспективы развития жилой застройки и расширения промышленных предприятий; интенсивность движения автотранспорта, плотность населения; метеоусловия, характерные для данной местности.

Пост должен находиться вне аэродинамической тени зданий и зоны зеленых насаждений. Его территория должна хорошо проветриваться и не подвергаться воздействию близко расположенных источников загрязнения атмосферы (автостоянок, мелких предприятий с низкими трубами и т. п.).

На стационарных постах для проведения наблюдений используют комплектные лаборатории типа ПОСТ, представляющие собой утепленный, обитый дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха и проведения метеорологических измерений.

Отечественная промышленность выпускает две модификации комплектных лабораторий — ПОСТ-1 и ПОСТ-2. Последняя отличается более высокой производительностью и степенью автоматизации. В лабораториях ПОСТ-1 и ПОСТ-2 могут устанавливаться газоанализаторы ГКП-1 (на S02), ГМК-3 (на СО), метеорологическая станция М-49, мачта для установки датчика ветра, фильтры 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 температурах окружающего воздуха не менее — 40 °С). Предусмотрены передача результатов измерений по каналам связи, буферирование накопленной информации в течение 30 суток, передача сообщений в случае превышения уровней ПДК, пожарной опасности, нарушения терморежимов, отказа сети питания.

На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеопараметрами осуществляют круглогодично, во все сезоны независимо от погодных условий. На опорных постах проводят наблюдения за содержанием пыли, S02, CO, N02 (основные загрязняющие вещества) и специфическими веществами, которые характерны для промышленных выбросов данного населенного пункта, на неопорных постах — за специфическими веществами. Наблюдения за основными загрязняющими веществами на этих постах допускается проводить по сокращенной программе и не проводить, если среднемесячные 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 отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводят с помощью передвижной аппаратуры. В качестве передвижного поста используют автолабораторию «Атмосфера-2», смонтированную в салоне автофургона УАЗ-452А (либо другого автомобиля).

Салон автофургона разделен стенкой на два отсека: приборный и вспомогательный. В приборном отсеке размещены оборудование для отбора проб воздуха на газовые 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, аккумуляторные батареи и другое оборудование.

На крыше автофургона укреплена съемная платформа, на которой размещены ящик с датчиком скорости и направления ветра, мачта для установки в рабочее положение датчиков и выносная штанга для крепления датчиков температуры, влажности и анерумбометра. Отбор проб воздуха на газовые примеси производят на высоте 2,6 м от уровня земли. Оба канала отбора проб оборудованы общим нагревателем, включаемым при температурах наружного воздуха ниже 5 °С. Терморегулятор обеспечивает автоматическое поддержание температуры пробы не ниже 5 °С.

В автолаборатории «Атмосфера-2» используют полуколичественные переносные приборы-индикаторы, предназначенные для определения содержания S02 и H2S («Атмосфера-1») и С12 и 03 («Атмосфера-2») в атмосферном воздухе.

Производительность автолаборатории составляет около 5000 отборов проб в год, в день можно произвести отбор 8—10 проб воздуха, что соответствует 4—5 точкам маршрута, по которому передвигается пост в городе. Порядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняют таким образом, чтобы отбор проб в каждом пункте проводился 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 середины маршрута к концу и от начала к середине.

На маршрутных постах проводят наблюдения за основными загрязняющими веществами и специфическими веществами, характерными для выбросов данного населенного 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 разрабатываемым программам и маршрутам — с учетом объема выбросов и их токсичности.

Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих 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 источника.

В зоне максимального загрязнения (по данным расчетов 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. Количество выбросов автотранспорта, поступающих в атмосферу, зависит от качественного и количественного состава парка автомобилей, условий организации уличного движения и ряда других факторов. В настоящее время действует целый ряд нормативных документов, регламентирующих содержание оксида углерода и других примесей в отработавших газах (ОГ) двигателей, например ГОСТ 17.2.2.03—87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах бензиновых двигателей», ГОСТ 17.2.02.06—99 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода

193

и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей».

В целях снижения вредного воздействия ОГ на окружающую среду необходим контроль их токсичности, который производят при техническом обслуживании автомобилей, после регулировки карбюраторных двигателей, при выборочных проверках ГИБДД, СЭС.

Регулировку систем зажигания предписывается проводить только на станциях технического обслуживания и автозаправочных станциях. Проверку токсичности ОГ двигателей автомобилей на предприятиях, имеющих менее 50 машин, проводят специализированные организации. Не разрешается выпуск на линию машин с концентрацией в ОГ вредных веществ, превышающей нормы, установленные соответствующим ГОСТом.

Возможности использования стационарных и передвижных постов для контроля выбросов автотранспорта ограничены. Это связано с тем, что примеси от низких источников выбросов распространяются иначе, чем от высоких. Максимальная концентрация загрязняющих веществ 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, обусловленного выбросами автотранспорта, обычно проводят в комплексе с измерением выбросов промышленных источников. На автомагистралях и прилегающей к ним территории жилой застройки определяют содержание основных компонентов ОГ: СО, углеводородов, оксидов азота, акролеина, формальдегида, соединений свинца и продуктов их фотохимического превращения.

При проведении специальных (не в комплексе) наблюдений определяют:

— максимальные значения концентраций основных примесей и периоды их наступления при различных метеоусловиях и интенсивности движения транспорта;

194

границы зон и характер распространения примесей
по мере удаления от магистралей;
особенности распространения примесей в жилых
кварталах различного типа застройки и в зеленых зонах,
примыкающих к автомагистралям;
особенности распространения транспортных пото
ков по магистралям города.

Наблюдения проводят во все дни рабочей недели ежечасно с 6 до 13 ч или с 14 до 21 ч, чередуя дни с утренними и вечерними часами наблюдения. В ночное время наблюдения 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 скопления вредных примесей за счет слабого рассеивания (под мостами, путепроводами, в туннелях, на узких участках улиц и дорог с многоэтажными зданиями), а также в зонах пересечения двух и более улиц с интенсивным движением транспорта.

Места для размещения приборов выбирают на середине разделительной полосы, на тротуаре и за пределами тротуара — на расстоянии половины ширины проезжей части одностороннего движения. Пункт, наиболее удаленный от автомагистрали, должен располагаться не менее чем в 0,5 м от стены здания. На улицах, пересекающих основную магистраль, пункты наблюдений размещают 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 размещения пунктов наблюдений выбирают в центре вну-триквартального пространства.

Интенсивность движения транспорта определяют путем учета числа проходящих транспортных средств, которые делятся на пять основных категорий: легковые автомобили; грузовые автомобили; автобусы; дизельные автомобили 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 наибольшей интенсивности движения автотранспорта — каждые 20 мин. Среднюю скорость движения транспорта определяют по показанию спидометра автомашины, движущейся в потоке транспортных средств на участке протяженностью от 0,5 до 1 км данной магистрали. На основании результатов наблюдений вычисляют средние значения интенсивности движения автотранспорта в течение суток (или за отдельные часы) в каждой из точек наблюдения.

Метеорологические наблюдения при оценке загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта включают измерения температуры воздуха и скорости ветра на уровнях 0,5 и 1,5 м от поверхности земли. Аналогичные наблюдения выполняют на метеостанции, расположенной за городом. При определении содержания в воздухе озона на метеостанции одновременно проводят наблюдения за интенсивностью прямой и суммарной солнечной радиации, которая оказывает существенное влияние на скорость протекания фотохимических реакций в воздухе, образования озона и фотохимического смога.

3.4.10. Наблюдения за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха

При проведении мониторинга радиоактивного загрязнения атмосферы используют сборники радиоактивных загрязнений и воздухофильтрующие устройства, причем последние значительно превосходят первые по своей чувствительности. Для наиболее эффективного контроля за распространением в атмосфере радиоактивных выбросов необходимо обеспечить возможность уверенного определения полного изотопного состава проб аэрозолей, для чего производительность фильтрующего устройства и эффективность улавливания аэрозолей должны быть достаточно высокими.

196

Для массовых измерений в качестве простого и дешевого устройства, продуваемого ветром, используют марлевый 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) радиоактивным аэрозолям глобального происхождения.

Для отбора проб аэрозолей и газообразного йода из приземной атмосферы в окрестностях АЭС предназначены воздухофильтрующие установки типа «Тайфун», оборудованные сорбционным фильтром для улавливания радиоактивного йода и высокоэффективной фильтротканью. Сорбционный фильтр и фильтроткань размещают послойно на фильтродержателе — жесткой сетке, выполненной в виде двускатной поверхности с тупым углом между составляющими плоскостями. Воздух принудительно прокачивают через описанную систему с помощью центробежной воздуходувки. Вся установка размещается в защитной будке, оборудованной жалюзи со снего- и капле-задерживающими карманами.

Когда не происходит повышенных выбросов радионуклидов в атмосферу, пробы отбирают в течение недели. Если же такой выброс произошел, экспонирование фильтра прерывают и проводят досрочный изотопный анализ.

Недостатками таких воздухофильтрующих устройств являются необходимость подвода электроэнергии для питания электродвигателей, а также сравнительная дороговизна и сложность обслуживания.

С целью выбора места для установки сборников радиоактивных загрязнений и воздухофильтрующих устройств проводят измерение радиоактивного заражения местности с помощью радиометров и дозиметров.

197

3.4.11. Мониторинг загрязнения снежного покрова

Снежный покров является удобным индикатором загрязнения атмосферных осадков, атмосферного воздуха, а также загрязнения воды и почв в результате таяния снега, так как:

при образовании и выпадении снега в результате
процессов его сухого и влажного вымывания концентра
ция загрязняющих веществ в нем оказывается обычно на
два-три порядка выше, чем в атмосферном воздухе;
отбор проб очень прост и не требует специального
сложного оборудования; послойный отбор дает возмож
ность отследить динамику загрязнения за зимний период;
одна проба, взятая по всей толщине снежного покрова,
дает представительные данные о загрязнении в период от
образования устойчивого снежного покрова до момента
отбора пробы;
снежный покров позволяет решить проблему коли
чественного определения суммарных параметров загряз
нения (сухих и влажных выпадений снега);
снежный покров является эффективным индикато
ром процессов закисления природных сред.

Мониторинг загрязнения снежного покрова позволяет отслеживать загрязнение окружающей среды сульфатами, нитратами, ионами аммония, основаниями, тяжелыми металлами, полициклическими ароматическими нефтяными углеводородами, хлорорганическими пестицидами и другими веществами.

Снежный покров также может быть использован для определения вещественного состава и мощности выбросов предприятий, доли вещества, увлекаемого в дальний и локальный перенос, дистанционных измерений параметров загрязнения местности, в том числе и из космоса (измерение альбедо).

Мониторинг загрязнения снежного покрова осуществляют на базе снегомерной сети, используемой для определения физических параметров снежного покрова (высоты, плотности, влагозапаса).

198

Отбирают пробы снега для определения параметров его загрязнения весовым снегомером во время проведения плановых снегосъемок в период максимального вла-госодержания (влагозапаса) в снеге один раз за зиму. В месте отбора снегомер врезают на всю толщину снежного покрова до поверхности земли, после чего трубу с керном снега вытаскивают, поддерживая внизу полиэтиленовой лопаткой. Время пребывания снега в металлическом снегомере должно быть минимальным. Нижняя (режущая) 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 точностью должна характеризовать среднюю концентрацию загрязняющего вещества на маршруте. Этого достигают отбором 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 отбора проб снега используют метод конверта.

Первичная обработка проб снега включает их растапливание и фильтрование. Если цель исследования состоит в определении параметров выпадения загрязняющих веществ, необходима максимально возможная сохранность в пробах первичного состава загрязняющих веществ; следовательно, нужно применять режим быстрого таяния (без существенного подогрева пробы). Если необходимо спрогнозировать загрязнение почв и стоковых вод при весеннем снеготаянии, условия таяния пробы должны быть максимально приближены к естественным, т. е. применяют режим медленного таяния.

3.4.12. Наблюдения за фоновым состоянием атмосферы

Рост выбросов вредных веществ в атмосферу в результате процессов индустриализации и урбанизации ведет к

199

увеличению содержания примесей на значительном расстоянии от источников загрязнения и к глобальным изменениям в составе атмосферы, что, в свою очередь, может 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 концентрации 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 региональные. Базовые станции обеспечивают получение информации об исходном состоянии биосферы и располагаются 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 аэрозольными частицами, мутностью атмосферы, радиацией, химическим 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 загрязняющих веществ в компонентах экосистем (атмосферном воздухе, осадках, воде, почвах, биоте). В связи с этим программа наблюдений на СКФМ включает систематические измерения содержания загрязнений одновременно во всех средах, причем любые наблюдения по

200

программе фонового мониторинга должны сопровождаться комплексом метеорологических наблюдений, поэтому наблюдения желательно проводить на базе метеостанций.

В атмосферном воздухе на СКФМ определяют показатель аэрозольной мутности атмосферы, а также среднесуточные концентрации:

взвешенных веществ;
озона;
оксида и диоксида углерода;
диоксида серы;
сульфатов;
3,4-бенз-а-пирена;
ДДТ и других хлорорганических соединений;
свинца, кадмия, ртути, мышьяка.

В атмосферных осадках определяют концентрацию в суммарных месячных пробах:

свинца, кадмия, ртути, мышьяка;
3,4-бенз-а-пирена;
ДДТ и других хлорорганических соединений;
-рН;
анионов и катионов.

Метеорологические наблюдения на СКФМ включают определение следующих параметров:

температуры и влажности воздуха;
скорости и направления ветра;
атмосферного давления;
облачности (количество, форма, высота);
солнечного сияния;
атмосферных явлений (туман, метели, грозы, пыль
ные бури и т. п.);
атмосферных осадков (количество и интенсив
ность);
снежного покрова (высота, содержание влаги);
температуры почвы (на поверхности и в глубине);
состояния поверхности почвы;

201

радиации (прямая, рассеянная, суммарная, отра
женная) и радиационного баланса;
градиентов температуры, влажности и скорости вет
ра на высоте 0,5—10 м;
градиентов температуры, влажности почвы на глу
бине 0—20 см;
теплового баланса.

3.4.13. Обобщение результатов наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы

Данные о результатах загрязнения атмосферного воздуха и метеорологических параметрах поступают в отделы обеспечения информацией народно-хозяйственных организаций управлений по гидрометеорологии, где они проходят контроль и сводятся в специальные таблицы наблюдений за загрязнением атмосферы (ТЗА), которые подразделяются на четыре вида — ТЗА-1, ТЗА-2, ТЗА-3 и ТЗА-4:

ТЗА-1 — результаты разовых наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха на сети постоянно действующих стационарных и маршрутных постов в одном городе или промышленном центре, а также данные метеорологических наблюдений;

ТЗА-2 — результаты подфакельных измерений;

ТЗА-3 — данные среднесуточных наблюдений за выпадением и концентрацией пыли и газообразных примесей;

ТЗА-4 — данные суточных наблюдений с помощью газоанализаторов или других приборов и устройств непрерывного 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 наблюдений за концентрациями примесей и метеопараметров, соответствующих срокам отбора проб воздуха на метеостанциях. Таблица ТЗА-1д предназначена для записи

202

концентраций примесей и метеорологических данных наблюдений на постах СЭН и других ведомств того же города.

Формы таблиц ТЗА-1, ТЗА-3 и ТЗА-4 приведены в Приложении 2. Таблица ТЗА-2 составляется по методикам Росгидромета для каждого конкретного случая. После заполнения таблицы ТЗА-2 производят расчеты:

средних концентраций (или выпадений) за все дни
месяца;
максимальных концентраций (или выпадений) за
все дни месяца;
то же за дни с осадками, в том числе с осадками до
5 мм и более;
то же за дни без осадков.

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 одному прибору. Количество листов ТЗА-4 должно соответствовать 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 наблюдений за все сроки следовали в порядке возрастания номеров постов.

3.5. Наблюдения за загрязнением природных вод

Составной частью ГСМОС является программа, посвященная водным проблемам — ГСМОС «Вода», с центром в Канаде. В этой программе принимают активное участие четыре специализированных учреждения ООН: Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Организа-

203

ция Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО).

Задачи программы ГСМОС «Вода»:

мониторинг распространения и трансформации за
грязняющих веществ в водной среде;
оповещение о серьезном нарушении состояния вод
ных объектов;
напоминание правительствам о необходимости про
ведения мероприятий по охране, восстановлению и улуч
шению окружающей среды.

Программа ГСМОС «Вода» включает семь основных пунктов:

создание всемирной сети станций мониторинга;
разработку единой методики отбора и анализа проб
воды;
осуществление контроля за точностью данных;
использование современных систем хранения и рас
пространения информации;
организацию повышения квалификации специалис
тов;
подготовку методических справочников;
обеспечение необходимым оборудованием (в от
дельных случаях).

В обработанном и систематизированном виде полученная информация представлена в кадастровых изданиях, таких как «Ежегодные данные о составе и качестве поверхностных вод суши» (по гидрохимическим и гидробиологическим показателям) и Государственный водный кадастр (ГВК).

ГВК представляет собой систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны, включающий количественные и качественные показатели, данные регистрации водопользователей и учета использования вод. Ведение ГВК предусмотрено Водным кодексом РФ. Основная задача ГВК — обеспечение народного хозяйства необходимыми данными о водных ресурсах, водных объектах, режиме, качестве и использовании природных вод, а также 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. Правила контроля качества воды, водоемов и водотоков». При этом проводят:

наблюдения за уровнем загрязнения поверхностных
вод по физическим, химическим, гидрологическим и гид
робиологическим показателям в режимных пунктах;
наблюдения, предназначенные для решения специ
альных задач.

Каждый из этих видов наблюдений осуществляют в результате:

предварительных (рекогносцировочных) наблюде
ний и исследований на водных объектах или их участках;
систематических наблюдений на водных объектах в
выбранных пунктах.

Основные задачи систематических наблюдений за качеством поверхностных вод в системе мониторинга можно сформулировать следующим образом:

систематическое получение как отдельных, так и
усредненных во времени и пространстве данных о качест
ве воды;
обеспечение хозяйственных органов и заинтересо
ванных организаций систематической информацией и
прогнозами изменения гидрохимического режима и каче
ства воды водоемов и водотоков и экстренной информа
цией о резких изменениях загрязненности воды.

К задачам специальных наблюдений и исследований, определяемым в каждом конкретном случае, относятся:

установление основных закономерностей процессов
самоочищения;
определение влияния накопленных в донных отло
жениях загрязняющих веществ на качество воды;
составление балансов химических веществ водоемов
или участков водотоков;

205

оценка выноса химических веществ через замыкаю
щий створ рек;
оценка выноса химических веществ с коллектор-
но-дренажными водами и др.

Для проведения мониторинга вод суши организуют:

стационарную сеть пунктов наблюдений за естест
венным составом и загрязнением поверхностных вод;
специализированную сеть пунктов для решения на
учно-исследовательских задач;
временную экспедиционную сеть пунктов.

В основе организации и проведения наблюдений за качеством поверхностных вод лежат следующие принципы: комплексность и систематичность наблюдений, согласованность сроков их проведения с характерными гидрологическими ситуациями, определение показателей качества воды по единым методикам. Соблюдение этих принципов достигается установлением программ контроля (по физическим, химическим, гидробиологическим и гидрологическим показателям) и периодичности его проведения, выполнением анализа проб воды по единым или обеспечивающим требуемую точность методикам.

Сеть гидрохимических наблюдений должна охватывать:

в пространстве:

по возможности все водные объекты, расположен
ные на территории изучаемого бассейна;
всю длину водотока с определением влияния наибо
лее крупных его притоков и сброса сточных вод в него;
всю акваторию водоема с определением влияния на
него наиболее крупных притоков и сброса в него сточных
вод;

во времени:

все фазы гидрологического режима (весеннее поло
водье, летнюю межень, летние и осенние дождевые па
водки, ледостав, зимнюю межень);
различные по водности годы (многоводные, сред
ние и маловодные);

206

суточные изменения химического состава воды;
катастрофические сбросы сточных вод в водные
объекты.

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 загрязнению промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. На незагрязненных сточными водами водоемах и водотоках или их участках создают пункты для фоновых наблюдений.

Пункты наблюдений на водоемах и водотоках размещают в районах:

расположения городов и крупных поселков, сточ
ные воды которых сбрасываются в водоемы и водотоки;
сброса сточных вод отдельно стоящими крупными
промышленными предприятиями, территориально-про
изводственными комплексами, организованного сброса
сельскохозяйственных сточных вод;
мест нереста и зимовья ценных и особо ценных ви
дов промысловых рыб;
предплотинных участков рек, важных для рыбного
хозяйства;
пересечения реками государственных границ;
замыкающих створов больших и средних рек;
устьев загрязненных притоков больших водоемов и
водотоков.

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 водоемах и водотоках, расположенных на территориях заповедников и национальных парков и являющихся уникальными природными образованиями.

В пунктах наблюдений организуют один или несколько 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 гидрометеорологических 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 отсутствии организованного сброса сточных вод в устьях загрязненных 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 влияния рассматриваемых сточных вод), другие — ниже источника (или группы источников) загрязнения в месте полного смешивания. Химический состав воды в пробе, отобранной в створе выше источника загрязнения, характеризует фоновые показатели качества воды водотока в данном пункте. Сравнение фоновых показателей с показателями качества воды в пробе, отобранной ниже источника 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 возможность оценивать самоочищающую способность водотока.

Верхний (первый) фоновый створ располагают в 1 км выше первого источника загрязнения. Выбор створов ниже источника (или группы источников) загрязнения осуществляют с учетом комплекса условий, влияющих на характер распространения загрязняющих веществ в водотоке. 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 трансформации 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 народного хозяйства между створами выше и ниже источников загрязнения могут быть установлены дополнительные створы, которые должны характеризовать влияние отдельных источников загрязнения.

Для наблюдений на водоеме в целом с учетом геоморфологии береговой линии и других факторов устанавливают не менее трех створов, по возможности равномерно распределенных по акватории. При контроле на отдельных загрязненных участках водоемов створы устанавливают с учетом условий водообмена водоемов.

На водоемах с интенсивным водообменом (коэффициент водообмена — более 5 раз в год) расположение створов 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 замедленным (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 непосредственно за границей загрязненной зоны.

Количество вертикалей в створе на водоеме определяется шириной зоны загрязненности: первую вертикаль располагают на расстоянии не далее 0,5 км от места сброса сточных вод или от берега, последнюю — непосредственно за границей зоны загрязнения.

Количество вертикалей в створе на водотоке определяется условиями смешивания речных вод со сточными водами или водами притоков: при неоднородности химического состава в створе устанавливают не менее трех вертикалей (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 поверхности — 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. Назначение и расположение пунктов контроля определяются правилами наблюдений за качеством воды водоемов и водотоков.

Пункты первой категории располагают на средних и больших водоемах и водотоках, имеющих важное народно-хозяйственное значение:

в районах городов с населением свыше 1 млн жителей;
в местах нереста и зимовья особо ценных видов
промысловых рыб;
в районах повторяющихся аварийных сбросов за
грязняющих веществ;
в районах организованного сброса сточных вод, в
результате чего наблюдается высокая загрязненность воды.

210

Пункты второй категории размещают на водоемах и водотоках в пределах следующих участков:

в районах городов с населением от 0,5 до 1 млн жи
телей;
в местах нереста и зимовья ценных видов промыс
ловых рыб (организмов);
на важных для рыбного хозяйства предплотинных
участках рек;
в местах организованного сброса дренажных сточ
ных вод с орошаемых территорий и промышленных сточ
ных вод;
при пересечении реками государственной границы;
в районах со средней загрязненностью воды.
Пункты третьей категории располагают на водоемах и

водотоках:

в районах городов с населением менее 0,5 млн жи
телей;
на замыкающих участках больших и средних рек;
в устьях загрязненных притоков больших рек и во
доемов;
в районах организованного сброса сточных вод, в
результате чего наблюдается низкая загрязненность воды.

Пункты четвертой категории устанавливают:

на незагрязненных участках водоемов и водотоков;
на водоемах и водотоках, расположенных на терри
ториях государственных заповедников и национальных
парков.

Наблюдения за качеством воды ведут по определенным видам программ, которые выбирают в зависимости от категории пункта контроля. Периодичность проведения контроля по гидробиологическим и гидрохимическим показателям устанавливают в соответствии с категорией пункта наблюдений. При выборе программы контроля учитывают целевое использование водоема или водотока, состав сбрасываемых сточных вод, требования потребителей информации.

Параметры, определение которых предусмотрено обязательной программой наблюдений за качеством поверх-

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 расходе 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 низком уровне воды и наибольшей толщине льда; в начале весеннего наполнения водоема; в период максимального наполнения; в летне-осенний период при наиболее низком уровне воды.

Сокращенную программу наблюдений за качеством поверхностных вод по гидробиологическим и гидрохимическим показателям подразделяют на три вида:

— сокращенная программа 1 предусматривает определение расхода воды (на водотоках), уровня воды (на водоемах), температуры, концентрации растворенного кис-

213

лорода, удельной электропроводности; визуальные наблюдения;

сокращенная программа 2 предусматривает опреде
ление расхода и скорости течения воды (На водотоках),
уровня воды (на водоемах), температуры, рН, удельной
электропроводности, концентрации взвешенных веществ,
концентрации растворенного кислорода (ХПК, БПК5),
концентрации двух-трех загрязняющих веществ, основ
ных для воды в данном пункте контроля; визуальные на
блюдения;
сокращенная программа 3 предусматривает опреде
ление расхода воды, скорости течения (на водотоках),
уровня воды (на водоемах), температуры, рН, концентра
ции взвешенных веществ, концентрации растворенного
кислорода, БПК5, концентрации всех загрязняющих воду
в данном пункте контроля веществ; визуальные наблюде
ния.

Гидрохимические показатели качества природных вод в пунктах контроля сопоставляют с установленными нормами качества воды.

Программы и периодичность наблюдений по гидрохимическим 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 непосредственно выяснить состав и структуру сообществ гидроби-онтов.

Полная программа наблюдений за качеством поверхностных вод по гидробиологическим показателям предусматривает исследование:

фитопланктона — общей численности клеток, числа
видов, общей биомассы, численности основных групп,
биомассы основных групп, числа видов в группе, массо
вых видов и видов — индикаторов сапробности (гни
лостности);
зоопланктона — общей численности организмов,
общего числа видов, общей биомассы, числа основных
групп, биомассы основных групп, числа видов в груп
пе, массовых видов и видов — индикаторов сапроб
ности;
зообентоса — общей численности, общей биомас
сы, общего числа видов, числа групп по стандартной
разработке, числа видов в группе, числа основных
групп, биомассы основных групп, числа массовых видов
и видов — индикаторов сапробности;
перифитона — общего числа видов, массовых ви
дов, частоты встречаемости, видов — индикаторов сап
робности;
микробиологических показателей — общего чис
ла бактерий, числа сапрофитных бактерий, отношения
общего числа бактерий к числу сапрофитных бакте
рий;
фотосинтеза фитопланктона и деструкции органи
ческого вещества, определение отношения интенсивнос
ти фотосинтеза к деструкции органического вещества, со
держания хлорофилла;
макрофитов — проектного покрытия опытной пло
щадки, характера распространения растительности, обще
го числа видов, числа преобладающих видов.

215

Сокращенная программа наблюдений за качеством поверхностных вод по гидробиологическим показателям предусматривает исследование:

фитопланктона — общей численности клеток, об
щего числа видов, массовых видов и видов — индикато
ров сапробности;
зоопланктона — общей численности организмов,
общего числа видов, массовых видов и видов — индика
торов сапробности;
зообентоса — общей численности групп по стан
дартной разработке, числа видов в группе, числа основ
ных групп, массовых видов и видов — индикаторов
сапробности;
перифитона — общего числа видов, массовых ви
дов, видов — индикаторов сапробности, частоты встреча
емости.

Программы и периодичность наблюдений по гидробиологическим показателям для станций различных категорий приведены в табл. 4.

Таблица 4

Программы и периодичность наблюдений по гидробиологическим

показателям

Периодичность проведения контроля	Категория пункта наблюдений
	I	II	III	IV
Ежемесячно	Сокращенная программа	Сокращенная программа	Сокращенная программа (контроль в вегетационный период)	-
Ежеквартально	Полная программа

3.5.2. Отбор проб воды

Процедура отбора проб воды регламентируется требованиями 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 называемые 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 источников, водопровода и т. п. Усредненные данные о составе вод дают смешанные пробы.

Проба воды должна быть представительной (репрезентативной), т. е. в максимальной степени характеризовать качество воды по данному показателю, типичной и неискаженной вследствие концентрирования и других факторов. Различные виды водоемов (водоисточников) обусловливают некоторые особенности отбора проб в каждом случае.

При отборе проб воды можно решить две задачи: получить характеристику водоема (водотока); получить характеристику источника загрязнения и оценить его влияние на окружающую среду.

Если решается первая задача, то не рекомендуется отбирать пробы:

в местах, подверженных влиянию притоков (для во
дотоков) и в устьевых районах (для водоемов);
вблизи мест с активной антропогенной деятельно
стью (вблизи населенных пунктов, предприятий, приста
ней);
в местах слабого водообмена, заливах, заводях, за
рослях макрофитов, в затонах, на мелководье.

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 определения качества воды в бассейне реки, пригодности воды для пищевого использования, орошения, для водопоя скота, рыборазведения, купания и водного спорта, установления источников загрязнения.

Для определения влияния места сброса сточных вод и вод притоков пробы отбирают выше по течению и в точке, где произошло полное смешивание вод. Следует иметь

217

в виду, что загрязнения могут быть неравномерно распространены по потоку реки, поэтому обычно пробы отбирают в местах максимально бурного течения, где потоки 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 водозабора по глубине и по ширине реки. Для характеристики источника централизованного водоснабжения при существующем водозаборе допускаются отбор и первичная 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 — нескольких лет, а также установление последствий антропогенных загрязнений воды (мониторинг ее состава и свойств). Качество воды в водоемах (и водотоках) носит циклический характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине ежедневные пробы следует отбирать в одно и то же время суток, а продолжительность сезонных исследований должна составлять не менее одного года, включая исследования серий проб, отобранных в течение каждого времени года.

Пробы грунтовых вод отбирают для определения их пригодности в качестве источника питьевой воды, а также для технических или сельскохозяйственных целей, для определения влияния на качество грунтовых вод потенциально опасных хозяйственных объектов, при проведении мониторинга загрязнителей грунтовых вод.

Грунтовые воды изучают, отбирая пробы из артезианских скважин, колодцев, родников. Следует иметь в виду, что качество воды в различных водоносных горизонтах может значительно различаться, поэтому при отборе пробы грунтовых вод следует оценить доступными способами глубину горизонта, из которого отобрана проба; возможные градиенты подземных потоков; информацию о соста-

218

ве подземных пород, через которые пролегает горизонт. Поскольку в точке отбора пробы концентрации различных примесей могут отличаться от их концентраций в водоносном слое, необходимо откачивать из скважины (или родника, делая в нем углубление) воду в количестве, достаточном для обновления воды в скважине, водопроводе, углублении и т. п.

Пробы из водопроводных сетей отбирают в целях определения общего уровня качества водопроводной воды, поиска причин загрязнения распределительной системы, контроля степени возможного загрязнения питьевой воды продуктами коррозии и др. Для получения репрезентативных проб в этом случае соблюдают следующие правила:

отбор проводят после спуска воды в течение 10—
15 мин — времени, обычно достаточного для обновления
воды с накопившимися загрязнителями;
для отбора не используют концевые участки водо
проводных сетей, а также участки с трубами малого диа
метра (менее 1,2 см);
для отбора используют по возможности участки с
турбулентным потоком — краны вблизи клапанов, изги
бов;
при отборе вода должна медленно течь в пробоот-
борную емкость до ее переполнения.

Место отбора проб сточных вод оценивают и выбирают только после подробного ознакомления с технологией производства, потреблением и сбросом воды, местоположением цехов объекта, системой его канализации, назначением и работой отдельных элементов систем очистки. Следует обращать внимание (фиксировать в протоколе) на сопровождавшие отбор гидрологические и климатические условия, такие как осадки и их обилие, паводки, застойность водоема и др.

Посуда для отбора проб должна быть чистой. Сосуды, предназначенные для отбора проб, предварительно тщательно 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 пробу на анализ только тех компонентов, которые имеют одинаковые условия консервации и хранения.

Для отбора проб воды применяют батометры различной конструкции: ГР-18, ГР-16М, Рутинера и др.

3.5.3. Отбор проб донных отложений

Донные отложения отбирают для определения характера, степени и глубины проникновения в них загрязняющих веществ, изучения закономерностей процессов самоочищения водоемов и водотоков, вьювления источников вторичного загрязнения и учета воздействия антропогенного 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 водотоках точки отбора проб выбирают с учетом распределения 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 интенсивен (судоходные фарватеры рек, перекаты, участки ветровых волнений). При оценке влияния сточных вод на степень загрязнения донных отложений и динамики накопления загрязняющих веществ в них пробы отбирают выше и ниже места сброса во время характерных фаз гидрологических режимов изучаемых водных объектов.

Способ отбора проб донных отложений выбирают в зависимости от свойств определяемых веществ и поставленной 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 охлажденном (от 0 до —3 °С) или замороженном (до —20 °С) состоянии.

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:

проведения систематических наблюдений;
изучения путей и параметров распространения и ес
тественной утилизации загрязняющих веществ для после
дующего определения возможного режима их сброса в
море;
составления прогноза динамики загрязнения мор
ских вод на ближайшую и дальнюю перспективу по за
данным значениям сброса отходов, гидрометеорологиче
ским и гидрохимическим условиям;
разработки рекомендаций по оптимальному режиму
сбросов в конкретных участках морей и океанов.

В отличие от пунктов наблюдений за качеством поверхностных вод пункты наблюдений за качеством морских вод подразделяют на три категории.

Пункты первой категории предназначены для наблюдений, проводимых в важных народно-хозяйственных районах:

в портах и на припортовых территориях;
в местах нереста и сезонных скоплений ценных
промысловых рыб и других морских организмов;
в местах сброса городских, промышленных и сель
скохозяйственных стоков;

221

в местах разведки, добычи, транспортировки полез
ных ископаемых;
в устьях крупных рек.

Пункты второй категории располагают:

в прибрежных районах и районах открытого моря
для исследований сезонной и годовой изменчивости
уровня загрязнения;
в районах миграции (морских течений) и домини
рующих ветров.

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 поверхности, 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 проводят по гидрохимическим и гидробиологическим показателям. Гидрохимические показатели, определение которых предусмотрено в рамках обязательной (полной) программы наблюдений, представлены в табл. 5. В сокращенную программу гидрохимических наблюдений входят определение концентрации нефтяных углеводородов, растворенного кислорода, рН и визуальные наблюдения за поверхностью морского водного объекта.

В пунктах первой категории 2 раза в месяц (в 1-ю и 3-ю декады) осуществляют наблюдения по сокращенной программе, 1 раз в месяц (во 2-ю декаду) — наблюдения по полной программе. В пунктах второй категории наблюдения 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, изменении 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 поверхности	—
Хлорированные углеводороды, в том числе пестициды	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 основных групп и видов, биомассы основных групп и видов;

223

зоопланктона — общей биомассы, численности ос
новных групп и видов, биомассы основных групп и ви
дов;
микробных показателей — общей биомассы, коли
чественного распределения индикаторных групп морской
микрофлоры (сапрофитные, нефтеокисляющие, ксилол-
окисляющие, фенолокисляющие, липолитические бакте
рии), интенсивности фотосинтеза фитопланктона.

Сокращенная программа наблюдений за качеством морских вод по гидробиологическим показателям предусматривает исследование:

фитопланктона — общей численности клеток, видо
вого состава, числа и списка видов;
зоопланктона — общей численности клеток, видо
вого состава, числа и списка видов;
микробных показателей — общей численности мик
роорганизмов, числа сапрофитных бактерий, концентра
ции хлорофилла фитопланктона.

3.5.5. Наблюдения за качеством природных вод с помощью комплексных лабораторий

В настоящее время в отличие от газоаналитической аппаратуры технические средства для контроля загрязнения вод и других жидкостей распространены несколько меньше. Однако для анализа состава поверхностных вод суши и морских вод широко используют комплексные лаборатории, например КЛВ-1, СКЛАВ-1 и др.

Комплексная лаборатория анализа воды КЛВ-1 представляет собой конструкцию, состоящую из транспортной стойки, на которой устанавливают весь набор технических средств, уложенных в быстроснимаемые и легкопереносимые чемоданы, контейнеры для хранения проб, установки для экстрагирования. КЛВ-1 можно развернуть непосредственно у исследуемого водоема и полностью провести цикл гидрохимических анализов «первого дня».

224

Некоторые технические характеристики КЛВ-1:

количество одновременно экстрагируемых проб —
0,5-6 л;
количество одновременно фильтруемых проб: через
бумажные фильтры — 12, через мембранные — 2;
контейнер для хранения проб обеспечивает поддер
жание температуры воды не выше 10 °С при транспорти
ровке в течение 3—4 ч при температуре окружающего
воздуха 35 °С.

Судовая комплексная лаборатория анализа воды СКЛАВ-1 предназначена для количественного химического контроля качества конденсата, добавочной, питательной и котловой воды на всех судах, где установлены главные и вспомогательные паровые котлы.

Комплект приборов и оборудования лаборатории размещен в трех автономных футлярах: в основном — собственно лаборатория; запасном — запасная посуда и оборудование; переносном — емкости для химических реактивов. Футляры лаборатории изготовлены из дерева и покрыты полиэфирным лаком. Разнообразные приспособления для проведения наблюдений размещены на дверцах и полках лаборатории: на верхней полке — емкости с титрованными растворами, подача которых в бюретки 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 конденсате — 1—20 мг/л, в лояльных и балластных водах — 10-350 мг/л,

225

содержания растворенного в воде кислорода — О— 0,1 мг/л;

питание лаборатории — от сети переменного тока:
напряжение — 127/220 В, частота — 50 Гц;
потребляемая мощность — 40 В • А;
габаритные размеры основного футляра — 525 х 320 х
х 550 мм;
масса — около 30 кг.

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 хлорид-иона определяют с помощью титровального блока. Исследование фосфатов и нитратов проводят в компараторе, содержание нефтепродуктов определяют путем экстрагирования их из воды. Результаты определения считывают с эталонных графиков, нанесенных на нижней панели лаборатории. Содержание кислорода, растворенного в воде, определяют на установке, состоящей из компаратора с набором эталонных пленок, шприца-дозатора и вспомогательного оборудования.

Химическая посуда, приборы и емкости размещены в амортизационных гнездах и выдерживают качку и вибрацию. 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 воздух, пары растворителей).

Используя реактивы, размещенные в основном футляре, 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 полевые аналитические приборы, позволяющие проводить анализ воды непосредственно на месте по 30 показателям, в том числе по рН, электропроводности, содержанию 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, комбинированного 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 следовые количества исследуемых веществ, осложнено потерями ее из-за сорбции на стенках сосудов и разрушения в растворителях и на поверхностях носителей под действием кислорода, света и других факторов внешней среды.

В воде протекают процессы окисления-восстановления, биохимические процессы с участием бактерий и других живущих в ней объектов, а также физические и физико-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 растворенного кислорода), а сульфаты — до сульфитов. Растворенный кислород может расходоваться на окисление органических веществ. Могут изменяться и органолепти-ческие свойства воды — запах, цвет, мутность, вкус.

Некоторые элементы и их соединения способны довольно легко адсорбироваться на стенках сосудов (Fe, Al, Cu, Cd, Mn, Cr, Zn, P04" и др.). Из стекла (особенно темного) или пластмассы бутылей, напротив, ряд микроэлементов и следы веществ могут выщелачиваться (В, Si, Na, К). Указанные процессы иногда довольно значительно сказываются на достоверности и точности анализа, поэтому очень важно соблюдать предписанные технологические процедуры хранения и стабилизации проб.

227

Особые меры предосторожности необходимо соблюдать при хранении проб хлорированной водопроводной воды, содержащей, например, ПАУ в следовых концентрациях (1—3 нг/л). Установлено, что даже при 5 °С в процессе хранения таких проб в течение 18 суток многие из углеводородов исчезают практически полностью. Поэтому для устранения потерь ПАУ рекомендуется хранение проб стабилизировать добавлением сульфата натрия, а также хранить их в темноте.

При хранении сточных вод, например, нефтехимических предприятий следует учитывать присутствие в воде диспергированных нефтепродуктов, в капельках и пленках которых растворяется основная часть ПАУ. В частности, содержание 3,4-бенз-а-пирена в стоках таких предприятий может на 3—4 порядка превышать его растворимость в чистой воде.

Для обычных, наиболее часто загрязняющих воду веществ применяют довольно простые и проверенные способы консервации и хранения проб. Однако при добавлении к водным пробам стабилизаторов всегда необходимо всесторонне учитывать те осложнения, которые могут возникнуть при анализе из-за их применения. Что касается консервации сточных вод, то она вообще весьма затруднительна.

Способы консервации, особенности отбора и хранения проб воды представлены в табл. 6.

Таблица 6 Способы консервации, особенности отбора и хранения проб воды

Анализируемый показатель

Способ консервации и количество консерванта на 1 л воды

Максимальное время хранения пробы

Особенности

отбора и хранения

проб

Активный хлор

Не консервируют

Несколько минут

—

Аммиак и ионы аммония

Не консервируют

2ч

—

228

Продолжение табл. 6

Анализируемый показатель	Способ консервации и количество консерванта на 1 л воды	Максимальное время хранения 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 оставлять пузырьков воздуха
Гидрокарбонаты	Не консервируют	2 суток	—
Жесткость воды	Не консервируют	2 суток	—
Кальций	Не консервируют	2 суток	-
Железо общее	Не консервируют	4ч	-
	2—4 мл хлороформа 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 консерванта на 1 л воды	Максимальное время хранения 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
Нефтепродукты	Не консервируют	В день отбора	Отбирать в стеклянные бутыли, для анализа использовать 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 консерванта на 1 л воды	Максимальное время хранения 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. определении учитывать 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 стеклянные 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 загрязнением природных вод для отбора и одновременного концентрирования проб глубинной воды большого объема используют шланговый пробоотборник «Спрут».

К гидрологическому тросу подвешивают груз, предназначенный как для затопления пробоотборного шланга, так и для уменьшения сноса при отборе проб с дрейфующего судна. Массу груза выбирают в зависимости от погодных 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) закрепляют 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 «Малыш». 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 откачки воды более высоких горизонтов, находящейся в шланге, и промывки шланга водой нужного горизонта.

Отбираемая вода по шлангу подается на фильтровальную 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 применяться приборы экспресс-контроля, например дозиметр СРП-88 и др.

232

3.5.8. Обобщение результатов наблюдений за загрязнением природных вод

Формы обобщения результатов наблюдений за загрязнением природных вод устанавливаются специальными указаниями Росгидромета.

При обобщении материалов оценку качества воды водоемов и водотоков по гидрохимическим и гидробиологическим показателям осуществляют, сопоставляя результаты 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 загрязнения, устанавливаются организациями, осуществляющими контроль качества вод в пунктах УГКС, на территории деятельности которого проводят наблюдения, с учетом требований Росгидромета по срокам представления информационных материалов.

Порядок действий при обнаружении экстремальных уровней загрязнения регламентируется специальными межведомственными указаниями.

3.6. Наблюдения за загрязнением почв

Почва является наименее подвижной природной средой, которая, в отличие от воздуха и воды, непосредственно 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 способность, обеспечиваемую микроорганизмами.

Вместе с тем резко возрастающие антропогенные нагрузки на почву приводят к уменьшению ее способности к самоочищению и накоплению в ней персистентных ксенобиотиков, таких как полициклические ароматические 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, свалок, строительного мусора, разливов нефти и т. п.

Таким образом, почва выступает как долговременный, а порой и мощный источник вторичного загрязнения окружающей среды веществами, оказывающимися в конечном итоге либо в питьевой воде, либо в сельскохозяйственных продуктах.

3.6.1. Обобщенная программа мониторинга загрязнения почв

При оценке степени загрязнения почв ввиду чрезвычайно большой трудоемкости и стоимости работ не всегда нужна сплошная съемка загрязненных почв. Целесообразнее и экономичнее прослеживать пути их воздушного и водного загрязнения, анализируя объединенные образцы почв, отобранные на так называемых ключевых участках, которые расположены в секторах-радиусах преобладающих воздушных потоков.

В основе контроля уровней загрязнения почвенного покрова лежат три основных параметра:

размер (площадь) элементарного участка, с которо
го отбирают смешанный почвенный образец, отражаю
щий уровень загрязнения почвы;
количество проб, необходимое для составления реп
резентативного смешанного почвенного образца;
ключевой участок — наименьшая геоморфологиче
ская единица ландшафта, в достаточной мере отражаю
щая генезис и свойства почвы.

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 направлении всех румбов розы ветров.

В пределах ключевого участка выделяют элементарные участки, размеры которых зависят от расстояния от источника загрязнения. Обычно руководствуются правилом: чем дальше от источника, тем больше должна быть площадь элементарного участка. Кроме того, в пределах определенного элементарного участка выбирают рабочую (пробную) площадку, с которой отбирают пробы для составления смешанного почвенного образца. Если размер элементарного участка довольно велик, а почвенный покров сложен, то в пределах участка выделяют несколько пробных рабочих площадок (обычно 2—3). Размер и конфигурацию пробных площадок выбирают индивидуально—в зависимости от контурности почвенного покрова, рельефа местности, характера растительности и т. п. За рациональный размер пробной площадки обычно принимают площадь около 1 га.

Вокруг предприятия площадки намечают следующим образом: в радиусе 1,5—2,5 км (зона наибольшей загрязненности) по 8 направлениям — румбам (хотя и не обязательно строго по азимуту), в радиусе 2,5—5 км (зона значительного влияния) — по 10—12 румбам, в радиусе 5— 10 км (зона обычно фиксируемого влияния объекта) по 16—24 румбам. В таком случае пробные площадки оказываются друг от друга на равномерном расстоянии — 1,5—2 км.

При сильном загрязнении вокруг мощных предприятий 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 характеристиками почв, природными и хозяйственными условиями,

235

проводят предварительное рекогносцировочное обследование местности. Во время рекогносцировки проверяют почерпнутые из литературы и других источников сведения об объекте исследования, формируют личные воззрения и закрепляют в памяти многие важные особенности объекта.

Рекогносцировочные обследования проводят маршрутным путем, более или менее подробно — в зависимости от природной сложности территории, степени ее изученности, площади и масштаба обследований. При детальном обследовании почв вокруг единичного источника загрязнения достаточно 1—2 раза пересечь участок. При обследовании больших площадей (сельскохозяйственных угодий, местности вокруг городов и т. д.) рекогносцировка требует значительных усилий и времени, чтобы охватить маршрутами местность, пересекая ее по главным орографическим элементам.

В результате рекогносцировочного обследования выявляют 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 заболеваний населения, которые могут быть вызваны повышенным содержанием загрязняющих веществ в окружающей среде.

При проведении исследований составляют паспорт обследуемого участка, описание пробной площадки, описание почвы и заполняют сопроводительный талон.

Для контроля загрязнения почв техногенными отходами производства отбор проб проводят один раз в 3 года. На территории детских садов, лечебно-профилактических учреждений и зон отдыха уровень загрязнения почв контролируется 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, бактериологического, 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 участков.

Метод конверта — наиболее распространенный способ отбора смешанных почвенных образцов и чаще всего применяется для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположены так, чтобы, мысленно соединив их прямыми линиями, получить изображение запечатанного конверта (длина его стороны может составлять от 2 до Юм). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см, что соответствует длине штыка лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (что по объему соответствует примерно 0,5 л), но не менее 0,5 кг почвы. 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-распределяющихся 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 соединениями или веществами с высокой способностью к вертикальной миграции (нитрозоаминами) пробы отбирают по всей глубине почвенного профиля в герметично закрывающиеся 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 перераспределением радионуклидов в ландшафтах после пос-

237

тупления их из атмосферы. Для снижения влияния рельефа, вида почв и растительности, а также для обеспечения возможности сравнения данных отбор образцов следует проводить таким образом, чтобы их радиоактивность характеризовала как можно большую территорию, а места отбора были ограничены участками с горизонтальной поверхностью и минимальным стоком. Кроме того, образцы радиоактивных проб должны отбираться с открытых целинных 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 течение одного дня анализ провести невозможно, пробы, отобранные для определения содержания, например, хлор-органических пестицидов (ХОП), высушивают до воздушно-сухого состояния в темном помещении. При определении фосфорорганических пестицидов (ФОП) почвенные пробы рекомендуется хранить в холодильнике без высушивания не более трех суток при температуре не выше 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 препараты 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 регуляторы роста растений. Большинство пестицидов представляют 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 систематическом применении стойких высокотоксичных пестицидов, особенно в завышенных дозах, наблюдается загрязнение ими окружающей среды, что приводит к уничтожению полезных насекомых, птиц, рыб, зверей, а также отравлению людей непосредственно пестицидами или продуктами, в которых они способны накапливаться.

Использование пестицидов регламентируется законодательством во всех странах. В Российской Федерации широко используют более 100 индивидуальных пестицидов, при этом гидрометеослужбы и агрохимические службы 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 параметрах объекта исследования, длительности применения пестицидов в хозяйствах изучаемого объекта; выявить так называемые выборочные хозяйства — наиболее интенсивно (по объему) применявшие ядохимикаты в течение последних 5—7 лет; проанализировать материалы об урожайности сельскохозяйственных культур и т. д.

Исследование загрязнения почв пестицидами проводят 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, плодоовощных баз, птицеферм, рыбхозов, лесхозов и т. д.

На временных пунктах наблюдения контроль за загрязнением почв ядохимикатами осуществляют в течение одного вегетационного периода или года.

В целях оценки фонового загрязнения почв пестицидами выбирают участки, удаленные от сельскохозяйствен -

239

ных угодий и промышленных предприятий, находящиеся в «буферной зоне» заповедников.

Для оценки загрязнения почв инсектицидами, гербицидами, фунгицидами, дефолиантами пробы почвы отбирают 2 раза в год: весной после сева и осенью после уборки урожая. При установлении многолетней динамики остаточного содержания пестицидов в почве или их миграции 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 полей под основными культурами. В каждом крае и области ежегодно необходимо обследовать несколько (не менее двух) хозяйств, равномерно распределенных по территории.

Для оценки площадного загрязнения почв обычно составляют смешанную пробу, в которую входят 25—30 проб (выемок), отобранных в поле по диагонали. Пробы-выемки должны быть близки между собой по окраске, структуре, механическому составу и т. д. Необходимо отметить, что для разных категорий местности и почвенных условий 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. неизмененные или слабоизмененные материнские породы.

240

В выбранном месте на поверхности земли очерчивают форму шурфа — четырехугольник со сторонами, приблизительно равными 0,8 х 1,5—2,0 (м). Одна из коротких сторон шурфа к моменту описания должна быть обращена 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 влажности, окраски, механического состава, структуры, сложения, новообразований, включений, развития корневых систем, следов деятельности животных, наличия мерзлоты). 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 которых отбирают примерно одинаковое количество почвы в полотняный мешочек или крафт-бумагу. Масса полученной смешанной пробы должна составлять 400—500 г. Этот образец снабжают этикеткой и регистрируют в полевом журнале, в который записывают следующие данные: порядковый номер образца, место отбора, рельеф, вид сельскохозяйственного угодья, площадь поля, дату отбора, кто отбирал.

Смешанные пробы почв анализируют в естественно-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 отбирают среднюю пробу массой 200 г. Из нее удаляют корни, камни, инородные включения, затем растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с отверстиями диаметром 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, аэрозолей, пыли или растворенных примесей с дождем и снегом. Основная доля загрязняющих веществ попадает в воздух из дымовых труб заводов и вентиляционных каналов, большая часть их осаждается вблизи (1—2 км) предприятий. Некоторая доля выбросов передвигается далее и выпадает в пределах от 3—4 до 8 км. Значительно меньше газопылевых выбросов поглощается почвой в зоне 10—50 км.

Протяженность зоны интенсивного загрязнения и направление движения потока загрязняющих веществ зависят 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 районе действия источника выбросов на расстоянии от 1—10 до нескольких десятков километров. С выбросами промышленных предприятий в окружающую среду поступает в значительных количествах широкий набор элементов, причем загрязняющие вещества не всегда связаны с основной продукцией предприятий, а могут входить в состав примесей. Так, вблизи свинцово-плавильного завода приоритетными загрязнителями, кроме РЬ и Zn, могут быть Cd, Cu, Hg, As, Se, а около предприятий, выплавляющих алюминий, — F, As, Be. Значительная часть выбросов 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 определяет устойчивость ландшафта к закислению. Одним из главных негативных последствий загрязнения почв кислыми осадками является повышение мобильности алюминия, который обладает свойствами прямого и косвенного фитотоксиканта. Под влиянием кислотных осадков повышают мобильность и другие элементы, обладающие фито-токсическими свойствами, — Mn, Zn, Cd, Co, Ni.

Компоненты кислых осадков, а также мобилизованные 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 поверхностных вод. Подобный сток может привести к закислению слабоминерализованных речных и озерных вод.

Выпадение кислых осадков возможно за сотни километров 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 выброса, и в результате происходит загрязнение значительно удаленных от предприятия территорий (трансграничный перенос).

При добыче, транспортировке, переработке и использовании ежегодно теряется около 50 млн т нефти и нефтепродуктов. В результате значительные территории становятся непригодными для сельскохозяйственного использования.

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 возрастает рН почвы, повышается общее количество углерода в 2—10 раз, углеводородов — в 10—100 раз, возникает

243

специфическое техногенное осолонцевание исходных почв за счет внедрения ионов натрия в почвенно-погло-щаюший комплекс (ППК).

Обычно содержание нефти в верхнем 20-сантиметровом слое на два порядка выше, чем фоновое содержание, 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 транспорт, коксохимические и нефтеперегонные заводы, нефтепромыслы способствуют загрязнению почвы канцерогенными веществами, среди которых особенно опасны полиароматические углеводороды (ПАУ), например 3,4-бенз-ос-пирен, конечным резервуаром аккумуляции которого является почвенный покров (гумусовый горизонт почв 0—50 см). При этом наблюдается тенденция увеличения содержания загрязнителя во всех природных средах. С почвенной пылью, грунтовыми водами, в результате водной эрозии, с продуктами питания ПАУ поступают в общие биохимические циклы на суше, распространяясь 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 наблюдений за уровнем загрязнения почв в природных и сельскохозяйственных ландшафтах необходимо провести планирование работ, т. е. определить примерное количество точек отбора проб, составить схему их территориального размещения, наметить полевые маршруты или последовательность обработки площадей, установить календарные сроки исполнения задания. Помимо этого следует проверить наличие и качество топографического материала, а также тематических карт (почвенных, геоботанических, геологических, геохимических и др.); со-

244

брать сведения об источниках загрязнения почв на обследуемой территории (расположение, используемое сырье, объем производства, отходы), а также установить связь с учреждениями, которые заинтересованы в предполагаемом обследовании.

При выборе участков наблюдения исходным рабочим документом служит топографическая основа определенного масштаба (1:10 000). Контуры (схему) города, населенного пункта или промышленного комплекса размещают, как правило, в центре плана местности, который переснимается с топографической основы. Из геометрического 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 масштабе карты), т. е. обозначают зону возможного загрязнения почв.

На подготовленный таким образом план местности наносят контуры многолетней розы ветров по 8—16 румбам. Самый большой вектор, соответствующий наибольшей 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, схематически включается территория наибольшего загрязнения почв компонентами промышленных выбросов предприятия. В местах пересечения осей векторов с окружностями располагаются ключевые участки, на которых закладывают сеть опорных разрезов, пункты и. площадки взятия проб.

После отбора нескольких простых проб почвы составляют объединенную пробу (как описано выше), которую отправляют на анализ в лабораторию вместе с сопроводительным талоном.

Наблюдения за промышленным загрязнением почв носят характер экспедиционных работ и поэтому включают все мероприятия по подготовке к ним. Время проведения экспедиционных работ и отбора проб не имеет

245

значения. Однако удобнее проводить сбор материалов в сухое время года, в период уборки урожая основных сельскохозяйственных 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 фоновую радиоактивность. Искусственно повышенная радиоактивность почв может быть связана с различными видами использования радиоизотопов, включая их добычу и переработку, в том числе производство и использование ядерного оружия.

Загрязнение почв радиоактивными элементами происходит в основном в результате их выпадений из атмосферы. Наибольшая доля в радиоактивных выпадениях приходится на стронций-90, йод-131, цезий-137, которые обнаруживаются в тканях человека. Вред, связанный с накоплением в организме радиоактивных элементов, может быть индивидуальным (например, развитие рака) или генетическим, когда возрастает частота мутаций и появляется потомство с врожденными патологиями. Опасность возрастает еще и потому, что радиоактивные элементы, подобно пестицидам, концентрируются в трофических цепях.

Радионуклиды с большим периодом полураспада накапливаются в поверхностном слое почвы. Это позволяет определить суммарное значение радиоактивных выпадений из атмосферы за продолжительный период времени.

.В результате миграции радионуклиды способны проникать 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 сосредоточено в верхнем 10-сантиметровом слое почвы. Исследование вертикального распределения радионуклидов по профилю почвы позволяет:

оценить мощность дозы гамма-излучения того или
иного радионуклида и скорость миграции радионуклидов
в почве;
выявить промышленное загрязнение на фоне гло
бального или «свежие» радиоактивные выпадения на фо
не «старых»;
определить количество радионуклидов в почве.

Одним из методов контроля радиоактивного загрязнения почв является метод отбора проб почв с последующим их гамма-спектрометрическим анализом в лабораторных условиях. На обследуемом участке желательно также выполнить предварительную (полевую) гамма-радиометрическую съемку с использованием, например, дозиметра 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, последняя должна быть представительной. Представительность отобранной пробы может быть обеспечена в том случае, если поверхность почвы в месте пробоотбора не подвергается смыву во время ливней или паводковыми водами, а также не подвержена смещению сильными ветрами в результате эрозии. В месте отбора проб также не должно 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:

при невысокой дозе гамма-излучения;
если мощность дозы на поверхности почвы обус
ловлена выпавшими загрязнениями.

247

В первом случае используют специальные пробоотборники цилиндрической формы диаметром 26 см. Для исследования вертикального распределения загрязнения отобранный монолит почвы делят на слои. Толщина 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 вертикального распределения используют другой пробоотборник, позволяющий отбирать пробы на глубине 40—50 см и на пахотных участках. Площадь такого пробоотборника составляет 100 см2, а высота — 70 см. Уменьшенный диаметр этого пробоотборника объясняется тем, что для пахотных почв и глубин более 10 см изменение содержания радионуклидов в почве с глубиной значительно меньше, чем для поверхностного слоя почвы; это позволяет проводить 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 радионуклидов в наземных экосистемах можно также закладывать разрезы размером 70 х 150 см и глубиной 1—2 м (в зависимости от типа почв) и отбирать пробы по горизонтали непрерывно по всему разрезу. Толщина отбираемых 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 загрязнения почв и их картографирование в сельских и городских условиях имеют свою специфику. В задачи наблюдений входят:

регистрация современного уровня химического за
грязнения почв, выявление географических закономер
ностей и динамики временных изменений загрязнения
почв в зависимости от расположения и технологических
параметров источника загрязнения;
прогноз тенденций изменения химического состава
почв в ближайшем будущем и оценка последствий загряз
нения почв;
обеспечение заинтересованных организаций инфор
мацией об уровне загрязнения почв.

Исходя из перечисленных задач, можно выделить следующие виды наблюдений:

режимные наблюдения, т. е. систематические на
блюдения за уровнем содержания химических веществ в
почвах в течение определенного промежутка времени;
комплексные наблюдения, в том числе за процес
сами миграции веществ в системах «атмосферный воз
дух—почва», «почва—растение», «почва—вода» и «поч
ва—донные отложения»;
наблюдения за вертикальной миграцией загрязняю
щих веществ в почвах по профилю;
наблюдения в определенных пунктах, намеченных в
соответствии с запросами тех или иных организаций.

Таким образом, при наблюдениях за уровнем загрязнения почв необходимо получить представление не только о степени химического загрязнения в настоящее время, но и о возможном развитии происходящих процессов, в частности в период, когда будут внедряться мероприятия, направленные на уменьшение загрязнения почв, су-

249

щественно изменяющие водный, тепловой, солевой, биологический и другие режимы почвы.

В то же время оценка состояния и прогноз загрязнения почв не могут базироваться только на анализах проб почв. Почва — элемент ландшафта, поэтому ее исследование неотделимо от изучения всех компонентов природного и антропогенного комплекса, всех путей накопления загрязняющих веществ в природных, сельских и городских условиях.

Информация о загрязнении почв поступает в лаборатории в виде сопроводительных талонов, а результаты анализа почв — в виде рабочих таблиц. По этим данным составляют справки и обзоры, а также дают так называемую штормовую информацию. В установленные методиками 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 неблагополучное положение на той или иной территории, указать, чем именно оно обусловлено, и помочь определить действия, направленные на восстановление и нормализацию положения, либо, наоборот, выявить особо благоприятные ситуации (кратковременные или долговременные) и природные возможности, что позволит эффективно использовать имеющиеся экологические резервы природы в интересах человека.

Основными показателями, характеризующими уровень антропогенного воздействия на окружающую природную среду, с использованием которых проводят оценку ее качества, 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 долговременном плане.

3.7.1. Критерии качества окружающей среды

В соответствии с природоохранным законодательством Российской Федерации нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения и сохранение генофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности. При этом под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных интересов и вносящая физические, химические, биологические изменения в природную среду. Определенная таким образом цель подразумевает наложение граничных условий (нормативов) как на само воздействие, так и на факторы среды, отражающие и воздействие, и отклики экосистем.

Экологическое нормирование предполагает учет так называемой предельно допустимой нагрузки на экосистему (ПДЭН). Допустимой считается такая нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов и не ведет к ухудшению качества среды. Санитарно-гигиеническое нормирование подразумевает установление безопасных для здоровья населения уровней содержания вредных веществ в объектах окружающей среды. Как экологическое, так и санитарно-гигиеническое нормирование основано на знании эффектов,

251

оказываемых разнообразными факторами воздействия на живые организмы.

Установление нормативов качества окружающей среды 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 воздействие вообще) вызывает у биологического организма отклик, который не может быть скомпенсирован за счет го-меостатических механизмов (механизмов поддержания внутреннего равновесия организма).

Нормативы, ограничивающие вредное воздействие, устанавливаются и утверждаются специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды, санитарно-эпидемиологического надзора и совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) — нормативы, устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема (воздуха, воды), массы (пищевых продуктов, почвы) или поверхности (кожа работающих), которые при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияют на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.

Таким образом, санитарно-гигиеническое нормирование охватывает все среды, различные пути поступления вредных веществ в организм, хотя редко отражает комбинированное воздействие (одновременное или последовательное 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, пищей, 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 атмосферном воздухе.

Анализ того, как изменяются с течением времени значения предельно допустимых концентраций, свидетельствует об их относительности, вернее — об относительности наших знаний о безопасности или опасности тех или иных веществ. Для веществ, о действии которых не накоплено достаточной информации, могут устанавливаться временно допустимые концентрации (ВДК) — полученные расчетным путем нормативы, рекомендованные для использования 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 характеристики загрязняющих веществ. Под токсичностью понимают способность веществ вызывать нарушения физиологических функций организма, что, в свою очередь, приводит к заболеваниям (интоксикациям, отравлениям) или, в тяжелых случаях, к гибели. Фактически токсичность — мера несовместимости вещества с жизнью. Степень токсичности 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 животных. Величины токсических доз зависят от путей поступления 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 указывают на источник воздействия и не регулируют его деятельность. Требования, предъявляемые к собственно источникам воздействия, отражают научно-технические нормативы. К научно-техническим нормативам относятся нормативы выбросов и сбросов вредных веществ, а также технологические, строительные, градостроительные нормы и правила, содержащие требования по охране окружающей природной среды. В основу установления научно-технических нормативов положен следующий принцип: при условии соблюдения этих нормативов предприятиями региона содержание любой примеси в воде, воздухе и почве должно удовлетворять требованиям санитарно-гигиенического нормирования.

Научно-техническое нормирование предполагает введение ограничений деятельности хозяйственных объектов в отношении загрязнения окружающей среды, иными словами, определяет предельно допустимые потоки вредных веществ, которые могут поступать от источников воздействия в воздух, воду, почву. Таким образом, от предприятий 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 совокупность свойств атмосферы, определяющую степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Основные критерии опасности загрязнения воздуха основаны на санитарно-гигиеническом нормативе — ПДК.

Нормативами качества воздуха определены допустимые пределы содержания вредных веществ как в про-

254

изводственной (предназначенной для размещения промышленных предприятий, опытных производств научно-исследовательских институтов и т. п.), так и в селитебной (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 должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования, 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 воздействие вредного вещества на взрослую работоспособную часть населения в течение периода времени, установленного трудовым законодательством.

Предельно допустимая концентрация максимальная разовая (ПДКмр) — концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в течение 20 мин рефлекторных (в том числе субсенсорных) реакций в организме человека. ПДКмр используют при установлении научно-технических нормативов — предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ.

Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКСС) — это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно 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, устанавливающим концентрацию вредного вещества в воздушной среде. Именно величина ПДКСС может выступать в качестве «эталона» для оценки благополучия воздушной среды в селитебной зоне.

В табл. 7 представлены примеры различных видов предельно допустимых концентраций некоторых загрязнителей 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 допустимыми концентрациями ПДК, (/ = 1, 2, ..., п). При этом требуется, чтобы выполнялось соотношение

пдк1 + пдк;+"'+гщ;" ■

К вредным веществам, обладающим суммацией действия, относятся, как правило, вещества, близкие по химическому строению либо характеру влияния на организм человека, например:

акриловая и метакриловая кислоты;
аммиак и сероводород;
оксиды азота (II) и (IV), мазутная зола и диоксид
серы;

256

сильные неорганические кислоты (серная, соляная,
азотная);
ацетон и фенол;
озон, оксид азота (II), формальдегид и т. д.
Вместе с тем многие вещества при одновременном

присутствии в атмосферном воздухе не обладают эффектом суммации, т. е. их содержание в воздухе не должно превышать предельно допустимых значений концентраций независимо от наличия других загрязнителей.

В том случае, когда отсутствуют значения ПДК, для оценки гигиенической опасности вещества можно пользоваться значением ВДК или показателем ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ).

Уровень загрязнения атмосферы обычно описывается набором статистических характеристик для ряда контролируемых вредных веществ. Для оценки степени загрязнения средние (максимальные) концентрации веществ нормируют на величину средней (максимальной) концентрации для большого региона или на санитарно-гигиенический норматив — ПДК.

Нормированные характеристики загрязнения атмосферы иногда называют индексом загрязнения атмосферы (ИЗА). В практической работе используют большое количество различных ИЗА. Некоторые из них основаны на косвенных показателях загрязнения, например на видимости атмосферы, коэффициенте прозрачности. ИЗА можно разделить на две основные группы:

единичные индексы загрязнения атмосферы одной
примесью;
комплексные показатели загрязнения атмосферы
несколькими веществами.

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 атмосферного 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 разовыми 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 различных 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 различной скоростью, которая зависит от класса опасности вещества. ИЗА используют для характеристики «вклада» отдельных примесей в общий уровень загрязнения атмосферы за данный период времени на данной территории и для сравнения степени загрязнения атмосферы различными веществами.

258

Разделение химических соединений на четыре класса опасности осуществляется в зависимости от токсичности (табл. 8). Учет класса опасности позволяет дифференцированно подходить к обоснованию необходимых профилактических мероприятий (например, к мерам безопасности при работе с различными веществами), а также предварительно оценивать сравнительную опасность воздействия тех или иных веществ на организм человека.

Таблица 8

Классы опасности химических соединений в зависимости от характеристик их токсичности

Показатель	Класс опасности
	I (чрезвычайно опасные)	II (высокоопасные)	III (умеренно опасные)	IV (малоопасные)
ПДКрз, мг/м3	Меньше 0,1	0,1-1,0	1-10	Больше 10
ЛД5о при введении в желудок, мг/кг массы 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 проводят обработку данных постов наблюдений. Она может быть выполнена также по отдельным районам или в целом по городу на основании суммирования исходных данных наблюдений на всех постах. Основными результатами анализа экспериментальных данных помимо перечисленных индексов загрязнения атмосферы являются:

графики временного (суточного, месячного, годово
го) хода характеристик загрязнения;
графики взаимосвязи характеристик загрязнения с
метеопараметрами (скоростью и направлением ветра,
осадками, приземными инверсиями, туманами и др.);
карты-схемы распределения характеристик загряз
нения на территории города или промышленного района
в отдельные периоды наблюдений, типичные по условиям
погоды и выбросов;
«розы загрязнения» в отдельных пунктах и в целом
по городу, основанные на данных повторяемости значе
ний концентраций при разных направлениях ветра;
таблицы характеристик загрязнения в отдельных
пунктах при различных выбросах.

Подфакельные наблюдения позволяют оценить максимальные концентрации загрязняющих веществ при направлении факела от предприятия на тот или иной район города. При их обработке определяют средние (максимальные) значения концентраций на каждом из выбранных расстояний от источника (при наличии не менее 50 случаев наблюдений), исследуют зависимость появления максимальных концентраций от расстояния х до источника выброса.

Результаты наблюдений за содержанием загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на телевизионных вышках и других высотных сооружениях позволяют охарактеризовать распределение концентраций примесей над городом 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 безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь приятные орга-нолептические свойства. Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования; при этом показатели качества представляют собой признаки, по которым оценивают качество воды.

По санитарному признаку устанавливают микробиологические и паразитологические показатели воды (число микроорганизмов и число бактерий группы кишечной палочки в единице объема). Токсикологические показатели воды, характеризующие безвредность ее химического состава, определяются содержанием химических веществ, которое не должно превышать установленных нормативов. Наконец, при определении качества воды учитывают органолептические (воспринимаемые органами чувств) свойства: температуру, прозрачность, цвет, запах, вкус, жесткость.

Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения определены санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.544-96, причем нормируются запах, вкус, цветность, мутность, коли-индекс, а также указывается, что содержание химических веществ не должно превышать значений соответствующих ПДК.

Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКВ) — это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного 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 концентраций некоторых загрязнителей в воде.

Таблица 9 Соотношение различных видов ПДК в воде для некоторых веществ

Вещество	ПДКвр, мг/дм3	ПДКВ, мг/дм3
Ртути неорганические соединения (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 отнесены река, озеро, водохранилище, и использовать для оценки ситуации соответствующие нормативы.

В гидрохимической практике используют и метод интегральной оценки качества воды по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения. В соответствии с этим методом для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДКвр — К(, повторяемости случаев превышения Ht и общий оценочный балл Bj. Первые два показателя являются единичными индексами загрязнения воды, их рассчитывают аналогично соответствующим индексам загрязнения воздуха. Общий оценочный балл представляет собой произведение этих показателей:

в, = к, • я,

262

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяют как лимитирующие показатели загрязнения (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязнения воды (КИЗВ) рассчитывают как сумму общих оценочных баллов всех учитываемых загрязняющих веществ. По величине комбинаторного индекса загрязнения устанавливают класс загрязнения воды.

Также оценку качества воды и сравнение современного состояния водного объекта с установленными в прошлые годы характеристиками проводят на основании индекса загрязнения воды по гидрохимическим показателям (ИЗВ). Этот индекс, представляющий собой формальную характеристику, рассчитывают усреднением как минимум пяти индивидуальных показателей качества воды. Обязательны 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 оценкой, показатели выбирают независимо от лимитирующего признака вредности. При равенстве концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим токсикологический признак вредности.

В табл. 10 представлена классификация водных объектов по степени их загрязнения в зависимости от значений гигиенических показателей качества воды.

Для совокупной оценки опасных уровней загрязнения водных объектов при выделении зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия используют формализованный суммарный показатель химического загрязнения (ПХЗ-10). Этот показатель особенно важен для территорий, где загрязнение наблюдается сразу по нескольким 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 загрязнения воды определяют как их «отсутствие», отношение 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	Токсикологические свойства	Санитарный режим	Бактериологические показатели	Индекс загрязнения
	Запах, привкус (в баллах)	пдкорг> степ. превыш.	ПДК™^ степ, превыш.	БПК, мг/дм3	Раств. о* мг/дм3	Число бактерий группы кишечной палочки
	I, II KB*	I, II KB	I, II KB	I, II KB	I, II KB	I KB	II KB
Допустимая	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
Чрезвычайно высокая	> 4	> 8	100	> 8-10	1	>106	>106	3

* KB — категория водопользования. К категории I водопользования относятся 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 окружающую среду разрабатывают для хозяйственных объектов с указанием предельно допустимых выбросов и предельно допустимых сбросов.

Предельно допустимый выброс (ПДВ) — масса вещества 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 образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превышающую их ПДКмр; основные значения ПДВ — максимальные 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 источников и предприятия в целом с учетом временной неравномерности выбросов, в том числе во время планового ремонта технологического и газоочистного оборудования.

Если значения ПДВ по причинам объективного характера не могут быть достигнуты, для таких предприятий устанавливают значения временно согласованных выбросов вредных веществ (ВСВ) и вводят поэтапное снижение показателей выбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДВ.

Экологический мониторинг может решать задачи оценки соответствия деятельности предприятия установленным значениям ПДВ или ВСВ путем определения концентраций загрязняющих веществ в приземном слое воздуха (например, на границе санитарно-защитной зоны).

265

Основным нормативом сброса загрязняющих веществ, установленным в Российской Федерации, является предельно допустимый сброс (ПДС) — масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте; ПДС — предел по расходу сточных вод и концентрации содержащихся в них примесей — устанавливают с учетом ПДК веществ в местах водопользования (в зависимости от вида водопользования), ассимилирующей способности водного объекта, перспектив 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 загрязняющих веществ, создаваемых источником в контрольных пунктах — расчетных створах, с учетом разбавления, «вклада» других источников, перспектив развития (проектируемые 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 хозяйственной деятельности, влияющих на состояние водных объектов, используемых для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей, нормы качества поверхностных вод (или их природный состав и свойства — в случае природного 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 водопользования, а на водоемах — на акватории в радиусе 1 км от пункта водопользования. Ближайшие пункты водопользования определяют органы санитарно-эпидемиологической службы.

При сбросе сточных вод или других видах хозяйственной деятельности, влияющих на состояние рыбохозяй-ственных водотоков и водоемов, нормы качества поверхностных вод (или их природный состав и свойства в случае природного превышения этих норм) следует соблюдать 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 объектов в черте населенных мест относится к категории коммунально-бытового водопользования.

В случае если значения ПДС по объективным причинам не могут быть достигнуты, для таких предприятий устанавливают временно согласованные сбросы вредных веществ (ВСС) и вводят поэтапное снижение показателей сбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают 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 пахотного слоя почвы. Принцип нормирования содержания

267

химических соединений в почве основан на том, что они поступают в организм преимущественно через контактирующие с почвой среды. Основные понятия, касающиеся химического загрязнения почв, определены ГОСТ 17.4.1.03—84 «Охрана природы. Почвы. Термины и определения химического загрязнения».

Предельно допустимая концентрация в пахотном слое почвы (ПДКд) — это концентрация вредного вещества в верхнем, пахотном, слое почвы, которая не должна оказывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и на здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы. Нормативы ПДКП разработаны для веществ, которые могут мигрировать в атмосферный воздух или грунтовые воды, снижать урожайность или ухудшать качество сельскохозяйственной продукции.

Оценку уровня химического загрязнения почв населенных пунктов проводят по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и гигиенических исследованиях окружающей среды городов. Такими показателями являются коэффициент концентрации химического элемента Кс и суммарный показатель загрязнения Zc. Коэффициент концентрации Кс определяют как отношение реального содержания элемента в почве с к фоновому сф:

Кс=±.

Поскольку часто почвы загрязнены сразу несколькими элементами, то для них рассчитывают суммарный показатель 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 определен для всех элементов в одной пробе и для участка территории по геохимической выборке. Оценка опасности загрязнения почв комплексом элементов по показателю Zc проводится по оценочной шкале (табл. 11), градации которой разработаны на основе изучения состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным 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 заболеваемости детей и минимум функциональных отклонений
Умеренно опасная	16-32	Увеличение общего уровня заболеваемости
Опасная	32-128	Увеличение общего уровня заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционирования сердечно-сосудистой системы
Чрезвычайно опасная	Больше 128	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение случаев токсикоза при беременности, преждевременных родов)

Информацию о загрязнении почв рекомендуется сопоставлять с интегральными биологическими показателями, характеризующими качество почв, такими как ферментативная 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 графической форме или в виде карт-схем, на основании которых могут быть оценены пространственное распределение, масштабы и интенсивность загрязнения в обследуемом районе.

Если при проведении рекогносцировочных или детальных исследований в изучаемых объектах окружающей среды было определено содержание загрязняющих веществ на различном расстоянии от источника загрязнения, то на основании полученных данных могут быть установлены закономерности убывания концентраций по мере удаления от источника, в частности с помощью графиков в логарифмическом или полулогарифмическом масштабе. Установленные закономерности позволяют оценить изменение концентраций вредных примесей на участках территории обследуемого района, не охваченных непосредственными измерениями.

При нанесении на карту-схему района результатов мониторинга почвенного и снежного покровов и других объектов природной среды, когда отбор проб производят по единой пространственной сетке, близкие значения концентраций загрязняющих веществ соединяют изолиниями. На карту-схему также наносят основные пути миграции загрязняющих веществ.

На основании полученного пространственного распределения концентраций загрязняющих веществ устанавливают зоны влияния различных источников загрязнения, включая свалки промышленных отходов, выделяют природные среды и объекты, являющиеся накопителями вредных веществ и возможными источниками вторичного загрязнения.

Построенные карты-схемы распределения концентраций загрязняющих веществ в природных средах вместе с

270

данными об оценках их накопления и миграции в окружающей среде сопоставляют с картами-схемами, полученными в результате экологических исследований. На основании такого сопоставления данных о пространственном распределении вредных примесей с данными об угнетении растительности, деградации почвы и изменении 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 среду, уровень загрязнения которой является наиболее высоким. Эта среда может считаться приоритетной в отношении первоочередности природоохранных мероприятий и мероприятий по усовершенствованию системы мониторинга.

Оценки, полученные в результате комплексного обследования, служат основанием для разработки рекомендаций по природоохранным мероприятиям.

3.8. Основы прогнозирования загрязнения окружающей природной среды

Прогнозирование состояния окружающей природной среды должно основываться на результатах исследований, выявляющих закономерности природных процессов, распространения и миграции загрязняющих веществ, их превращений и влияния на состояние биосферы, реакции различных организмов на изменения ее состояния.

На первом этапе необходимо прогнозировать: изменение интенсивности источников различных воздействий и загрязнений, факторы воздействия в природной среде (например, общее количество загрязняющих веществ в различных средах), их распределение в пространстве, изменение 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 воздействием 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, среднесрочные и краткосрочные. Особенность прогнозирования состояния окружающей среды состоит в том, что прогноз дают не на конкретный промежуток времени, а на конкретную ситуацию, которая может возникнуть в будущем. По масштабу исследования все прогнозы можно подразделить на:

глобальные, охватывающие всю географическую
оболочку или крупнейшие ее части, например Северное
или Южное полушарие;
региональные — многочисленная группа прогнозов
для отдельных стран — чаще всего это анализ вероятност
ных последствий воздействия промышленного или иного
объекта на окружающую среду.

Прогнозы состояния окружающей природной среды, как правило, охватывают множество объектов и лишь в некоторых случаях могут быть отнесены к одному объекту или нескольким объектам соизмеримых масштабов.

На достоверность прогноза существенное влияние оказывает метод прогнозирования. Существует три основных метода прогнозирования: экспертных оценок, экстраполяции и моделирования.

272

Метод экспертных оценок относится к числу наиболее разработанных. В основе метода лежит система получения и специализированной обработки прогностических оценок объекта мониторинга путем целенаправленного опроса высококвалифицированных специалистов-экспертов в узких областях науки, техники и производства.

МЕТОДЫ ЭКСТРАПОЛЯЦИИ применяют выборочно, в основном для составления краткосрочных прогнозов. Они основаны на изучении количественных и качественных показателей исследуемого природного объекта за ряд предшествующих лет с последующим приложением выявленной тенденции их изменения к прогнозируемому периоду. Данные методы применимы в том случае, когда развитие ситуации в течение длительного времени происходит без значительных скачкообразных изменений.

Методы моделирования пользуются в настоящее время наибольшей популярностью, их применяют для составления самых разнообразных прогнозов. Существуют методы физического и математического моделирования, последние находят гораздо большее применение вследствие более широких возможностей. При создании прогностической модели требуется выполнение трех основных условий:

выявление факторов, имеющих существенное зна
чение для предсказания будущего состояния окружающей
среды;
определение действительного отношения факторов
к прогнозируемому явлению (выявление формы взаимо
связи);
разработка алгоритма и программы.
Практически все глобальные прогнозы загрязнения

воды и воздуха построены с помощью методов математического моделирования, причем модели все более усложняются; с увеличением объема информации все шире используют компьютеры. Однако какой бы сложной ни была модель, она всегда упрощает объект, поэтому особенно

10-5998

273

успешно методы математического моделирования используют для прогнозирования состояния отдельных компонентов природной среды.

При прогнозировании экологических последствий антропогенного загрязнения природной среды модели удобно подразделять на:

модели переноса и превращения загрязняющих ве
ществ в окружающей среде (географические модели);
модели изменения состояния экосистемы под влия
нием загрязнения (экологические модели).

Глобальные и региональные модели загрязнения природных сред позволяют прогнозировать изменение состояния природных геофизических сред с учетом процессов переноса, перехода загрязняющих веществ из одной среды в другую, их накопления, а также физической, химической и биологической трансформации и деструкции.

Прогнозирование сдерживается целым рядом обстоятельств. Прежде всего нужно учитывать, что в любых реальных природных процессах присутствуют три составляющие:

детерминированная, которая поддается точному
расчету на период, достаточный для целей прогнозирова
ния;
вероятностная, которая выявляется в процессе изу
чения прогнозируемого объекта или явления, причем точ
ность предсказания во многом зависит от успешного вы
явления закономерностей развития процесса;
случайная, которая при современном уровне разви
тия науки практически не поддается предсказанию.

Специфика прогнозирования состояния окружающей среды заключается в том, что в подавляющем большинстве случаев приходится сталкиваться с вероятностными и случайными составляющими процесса развития, что приближает качество прогнозов к уровню гипотез (в наибольшей степени это относится к глобальным прогнозам). Кроме того, при составлении прогнозов приходится стал-

274

киваться как с естественными, так и с социально-экономическими процессами. Их точный совместный учет, а тем более прогнозирование представляют чрезвычайно сложную методологическую задачу.

Из сказанного следует, что необходимо совершенствовать существующие методы прогнозирования, усложнять модели, а также уточнять прогнозы.

3.8.2. Прогноз загрязнения атмосферы

В связи с высокой насыщенностью городов источниками загрязнения уровень загрязнения атмосферного воздуха в них, как правило, существенно выше, чем в пригородах и тем более в сельской местности. В отдельные периоды, неблагоприятные для рассеивания выбросов, концентрации вредных веществ могут резко возрасти относительно среднего или фонового городского значения. Частота и продолжительность периодов повышенного загрязнения атмосферного воздуха зависят от режима выбросов 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 атмосферного воздуха при неблагоприятных для рассеивания вредных веществ метеорологических условиях необходимо прогнозировать и учитывать эти условия. Помимо метеопараметров на распространение примесей в атмосфере оказывают влияние характеристики источников выбросов, в частности их высота, а также температура отходящих газов. Обычно выделяют три типа источников выбросов загрязняющих веществ: высокие с горячими (теплыми) выбросами, высокие с холодными выбросами и низкие.

Также при прогнозировании загрязнения воздуха в городах необходимо учитывать наличие и плотность за-

ю*

275

стройки. При переносе примесей в районы плотной застройки или в условиях сложного рельефа их концентрации могут повышаться в несколько раз.

Для характеристики загрязнения атмосферного воздуха по городу в целом в качестве обобщенного показателя используют параметр Р:

Р= М

где ./V — количество наблюдений примеси в городе в течение одного дня на всех стационарных постах; М — количество 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 вместе. Этот параметр является относительной характеристикой, и его значение определяется главным образом метеорологическими факторами, оказывающими влияние на состояние атмосферного воздуха на всей территории города.

Методика предсказания вероятного роста концентраций вредных веществ в воздухе города предусматривает использование прогностической схемы загрязнения, которую разрабатывают для каждого города на основании опыта многолетних наблюдений за состоянием атмосферы. Общие принципы построения прогностических схем следует рассмотреть несколько подробнее.

Оперативное прогнозирование загрязнения атмосферного воздуха проводят с целью кратковременного сокращения выбросов вредных веществ в периоды неблагоприятных 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 загрязнения атмосферы от одиночных (групповых) источников и по городу в целом составляют два вида предупреждений, которые передаются местными органами Росгидромета контролирующим органам и организациям, предприятиям, оказывающим влияние на формирование загрязнения. Предупреждения составляют не ранее чем за 24 ч до ожидаемого роста концентраций загрязняющих веществ с учетом возможного наступления неблагоприятных метеоусловий. В тексте передаваемого потребителям предупреждения о загрязнении необходимо указывать названия объектов, которым дается предупреждение, и период времени, когда ожидается возрастание уровня загрязнения.

В период действия предупреждения контролирующими органами осуществляется оперативное наблюдение за метеопараметрами, состоянием загрязнения атмосферного воздуха, источниками выбросов. Оперативно контролируются до исчезновения опасной ситуации такие метеопараметры, как скорость ветра и его направление у земли и в нижнем слое атмосферы до высоты 500 м, вертикальное распределение температуры воздуха на различных уровнях, характер развития слоя инверсии.

Состояние загрязнения атмосферного воздуха контролируют на стационарных постах не реже, чем через 3 ч при отборе разовых проб, а при использовании автоматических газоанализаторов показания снимают не реже чем через 1 ч.

Контроль источников загрязнения осуществляют:

путем проведения непрерывных измерений в источ
никах выбросов;
путем проведения подфакельных исследований
каждые 2 ч в течение периода сохранения опасных метео
условий;
путем отбора разовых проб или непрерывного конт
роля с использованием газоанализаторов на стационар-

277

ных постах, находящихся в зоне влияния факела (факелов) 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. Последний характеризуется невысокой концентрацией вредных примесей, режим колебаний которых близок к естественному, 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 речной воды, накопленной гидрологическими службами, относится к участкам рек с существенным влиянием сточных вод. В связи с этим при прогнозировании загрязнения 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 водотоках прямо или косвенно зависит от изменения расхода 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 прогнозирование степени загрязнения речной воды следует вести, ориентируясь в первую очередь на изменения этих параметров.

Результаты оперативного прогнозирования загрязнения речной воды зависят от заблаговременного прогно-

278

зирования гидрометеорологических данных. Исходя из существенных возможностей прогнозирования этих параметров и учитывая, что для принятия мер по предотвращению или уменьшению возможных последствий опасных явлений необходим некоторый резерв времени, прогнозы ухудшения качества воды рек следует давать заблаговременно (на месяц вперед) с последующим уточнением даты начала наступления неблагоприятных условий.

Из других возможных неблагоприятных условий наибольшую опасность для речных вод представляют аварийные сбросы сточных вод. Они могут произойти в результате эксплуатации на грани аварии различных накопителей сточных вод, эксплуатации очистных сооружений с превышением их проектной мощности, загрязнения водосбросов отходами промышленных предприятий.

Оперативное прогнозирование при этом заключается:

при явной угрозе аварийного сброса сточных вод —
в прогнозе возможного ухудшения качества речной воды,
которое может произойти в результате аварийного сбро
са сточных вод в условиях спрогнозированного мини
мального расхода воды в очередном месяце года (без ука
зания конкретной даты наступления неблагоприятных ус
ловий);
при состоявшемся аварийном сбросе сточных вод —
в максимально срочном прогнозе распространения зоны
интенсивного загрязнения воды по длине реки в пределах
контролируемой территории с указанием примерных сро
ков начала и конца неблагоприятного периода, вызванно
го прохождением зоны загрязнения.

В связи с большим разнообразием как режима загрязнения речных вод и показателей воды, так и объема гидрохимических наблюдений трудно предусмотреть все возможные способы составления оперативных прогнозов изменения степени загрязнения речной воды. Поэтому методы прогноза должны быть согласованы с Гидрометеослужбой Российской Федерации.

279

Прогноз минимальных, а при необходимости и максимальных значений расхода и температур речной воды, а также наибольшей толщины льда на рассматриваемом участке реки заблаговременно (на месяц вперед) осуществляют отделы гидропрогнозов.

Вся необходимая прогнозная информация об ожидаемых в очередном месяце года количествах сбрасываемых в реку загрязняющих веществ должна по соответствующей 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 сточных вод и оценки возможных аварийных ситуаций каждый месяц составляют прогноз степени загрязнения воды на контролируемом участке реки. В случаях, когда по прогнозу ожидаются опасные уровни загрязнения, прогноз выпускают в форме предупреждения всем заинтересованным 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 веществами отслеживают также факторы физического воздействия: радиоактивное и электромагнитное излучения, шумовые поля и т. д. Для этих целей в Российской Федерации создана Государственная служба наблюдения за состоянием окружающей природной среды и разработана Единая государственная система экологического мониторинга.

Для проведения исследований в системе мониторинга используют контактные и дистанционные методы наблюдений: оптические, электрохимические, хроматографиче-ские. Наряду с химическими и физическими методами

280

оценку состояния окружающей среды проводят с использованием биологических методов — биотестирования и биоиндикации.

Мониторинг состояния атмосферного воздуха осуществляют на стационарных и передвижных постах наблюдения. Мониторинг загрязнения водных объектов проводят в стационарных и передвижных лабораториях. В обоих случаях исследования проводят по специально разработанным программам с обязательным учетом метеорологических условий и гидрометеопараметров. Наблюдения 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 общественности.

Результаты мониторинга служат для оценки качества природных сред по единичным и комплексным показателям и выявления зон с неблагоприятной экологической ситуацией и зон экологического бедствия. Также на основании результатов мониторинга осуществляют прогноз состояния окружающей среды и вырабатывают рекомендации по снижению уровня загрязнения и совершенствованию системы мониторинга.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Q Каковы основные цели, задачи и уровни мониторинга?

Q Каковы структура и задачи Единой государственной системы экологического мониторинга?

Q Какие загрязняющие вещества являются приоритетными? Почему?

281

0 Какие электрохимические методы используют для контроля загрязнения природной среды?

Q Какие хроматографические методы используют для контроля загрязнения 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 загрязнением 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 атмосферы?

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 морских 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 загрязнителями 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 мониторинга?

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 состояния окружающей среды. Ниже дано описание наиболее 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:

приборы для измерения концентрации вредных ве
ществ в атмосфере (газоанализаторы различного типа,
хроматографы, динамические масс-спектрометры);
приборы определения качества воды (фотоэлектро-
калориметры, ионометры, рефрактометры);
приборы для исследования состояния почвы и твер
дых веществ (спектрометры, флуорометры, радиометры).

По методам получения информации:

химический (реактивы и оборудование стационарных
химических лабораторий, так называемая мокрая химия);
физико-химический;
оптический (спектрофотометры, фотоэлектрокало-
риметры, ионометры);
электрохимический (ионометры, кондуктометры,
полярографы);
хроматографический (жидкостные и газовые хрома
тографы и различные хроматографические колонки);
физический;
радиометрический;
электромагнитный;
масс-спектрографический;
шумометрический.

284

По условиям применения приборов:

стационарные (приборы атомного и молекулярного
спектрального анализа, хроматографы). Это прецизион
ные приборы, они требуют специальных условий для ра
боты и специальной подготовки обслуживающего персо
нала;
переносные приборы экологического контроля (ча
ще всего они называются приборами экспресс-анализа и
используются, в частности, в передвижных экологических
лабораториях). Эти приборы (радиометры, нитратомеры,
комплекты для качественного анализа воды и почвы)
имеют невысокую точность, но вполне применимы для
проведения простейших экологических работ.

По учебно-производственному принципу (наиболее важному, с точки зрения автора):

приборы 1-го (учебно-практического) уровня. Их це
лесообразно применять в работе школьных экологических
кружков и экспедиций. В частности, можно рекомендо
вать: дозиметр «Белла», нитратомеры ЭБИК/МОРИОН,
анализатор качества почвы «АП-Дельта», комплект при
боров КИ, газоанализатор УГ-2, комплект приборов для
анализа качества воды «Пчелка-У» с чеками, а также
биолюминометр «Биотоке». Эти приборы достаточно
дешевы;
приборы 2-го (учебно-профессионального) уровня
(основной уровень). Эти приборы должны знать выпуск
ники учреждений среднего профессионального образова
ния по специальности «техник-эколог» и в меньшей сте
пени — по специальности «лаборант-эколог»;
приборы 3-го (профессионального) уровня. Это при
боры, применяемые в промышленности, службах Сан-
эпиднадзора и в науке. Это приборы дорогостоящие, и
для их обслуживания нужны специально подготовленные
кадры. Однако, по нашему мнению, техник-эколог дол
жен знать о таких новых, точных, снабженных компью
терами приборах, как атомный спектрофотометр, стати
ческий масс-спектрограф и пламенный спектрофотометр.

285

4.1. Сведения по метрологии

Метрология — наука о мерах. Современная метрология — это учение о единицах, средствах и методах измерения. Одна из основных задач метрологии — поверка и испытание мер и измерительных приборов для установления точности и надежности их действия.

Величина — это количественная характеристика физического тела, явления или процесса.

Измерения — это действия, выполняемые с помощью средств измерения; цель измерений — нахождение числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения.

Единица измерения — это значение физической величины, принятой за основание для сравнения при количественной оценке величины того же рода (например, метр — единица длины).

Совокупность единиц измерения, охватывающих определенную область величин, называется системой единиц.

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 дополнительными — радиан и стерадиан.

Непосредственно измерять можно только очень немногие величины (например, высоту уровня — линейкой, промежутки времени — секундомером, температуру — термометром, силу тока — амперметром и т. д.). Измерения, при которых искомое значение величины определяют 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 величиной определенной зависимостью — формулой, называют косвенными измерениями. Например, прямое измере-

286

ние диаметра круга (аппарата, емкости) позволяет вычислить 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 бесконтактном — не соприкасается. К бесконтактным измерениям относятся оптические, радиоактивные и др. Контакт с измеряемым объектом может быть точечный, линейный и поверхностный.

В табл. 12 приведены обозначения основных контролируемых и регулируемых параметров, принятых в системах автоматизации технологических процессов.

Таблица 12 Контролируемые и регулируемые параметры

Контролируемый параметр	Обозначение	Регулируемый параметр	Обозначение
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, контрольно-измерительные приборы и измерительные приспособления.

Мерами называют тела, вещества и устройства, предназначенные 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 сравнение измеряемой величины с контрольной.

Контрольно-измерительные приборы классифицируют по:

способу получения результатов измерения;
способу отсчета показаний и характеру приме
нения.

По способу получения результатов измерения 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 измеряемой величины (например, давление, температуру) по от-счетным приспособлениям: шкале, цифровому указателю и другим, предварительно проградуированным путем прямого или косвенного сравнения с мерами. Это наиболее многочисленный класс приборов.

Суммирующие (интегрирующие) приборы показывают суммарное значение измеряемой величины за время действия прибора (например, расходомеры-паромеры).

По способу отсчета показаний и характеру применения различают приборы с непосредственным 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 получения отсчета некоторых операций по наладке и регулировке их отсчетных устройств (неавтоматические мосты, оптические пирометры и др.).

288

По характеру применения измерительные приборы подразделяют на указывающие, самопишущие (регистрирующие), сигнализирующие и регулирующие.

Указывающие приборы дают возможность наблюдателю производить отсчет измеряемой величины только в данный момент.

Самопишущие приборы снабжены устройствами для автоматической записи измеряемых величин.

Сигнализирующие приборы имеют специальные приспособления для включения звуковой или световой сигнализации, когда измеряемая величина достигает определенного заданного значения.

Регулирующие приборы поддерживают значение измеряемой величины — параметра — на заданном уровне или по заданной программе в соответствии с требованиями технологического процесса (например, регуляторы уровня, температуры и др.).

По метрологической классификации меры и измерительные приборы делят на образцовые и рабочие. Образцовые меры и измерительные приборы предназначены для воспроизведения единиц измерения, поверки и градуировки рабочих измерительных приборов. Рабочие меры и измерительные приборы предназначены для измерений в производственных условиях.

Различают три основных вида абсолютных погрешностей: случайные, систематические, промахи.

Случайные погрешности вызываются случайными, неконтролируемыми причинами, действие которых неодинаково при параллельных определениях. Величина случайных погрешностей различна даже тогда, когда параллельные измерения выполнены в одинаковых условиях одним и тем же человеком в один и тот же день с использованием одних и тех же реактивов, посуды, приборов и т. д. Например, взвешивая одну и ту же навеску несколько раз на одних весах, пользуясь одними гирями, можно получить разные результаты. Причиной случайных погрешностей в этом случае может оказаться колебание воздуха, неодинаково влияющее на чашки ве-

289

сов, или нагревание одной половины коромысла от приближения руки взвешивающего.

Абсолютные погрешности случайным образом изменяются 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 погрешность данной методики. Для этого при ее разработке выполняют большое число (десятки и даже сотни) определений концентрации в стандартном образце с точно известной концентрацией по данной методике. Для каждого определения находят абсолютную погрешность и рассчитывают стандартное отклонение.

Стандартное отклонение — мера случайных погрешностей данной методики анализа. Зная величину s, можно с 95%-й уверенностью (доверительной вероятностью) считать, что случайная погрешность любого единичного определения не превышает 2s, а с доверительной вероятностью 99,7% — не более 3s.

Систематические погрешности — погрешности, величина которых остается неизменной во всех параллельных измерениях. Из-за систематических погрешностей результат анализа оказывается неправильным. Например, при титриметрическом количественном анализе источником систематической погрешности может оказаться неточная калибровка посуды или вероятно определенный титр рабочего раствора. Сколько бы раз мы ни повторяли определение концентрации раствора, используя эту мерную посуду или рабочий раствор, результат определения будет иметь одну и ту же погрешность.

Промахи — грубые погрешности, возникающие в результате недоброкачественной работы аналитика. Например, по невнимательности он записал неверные результаты взвешивания, неправильно снял показания прибора и т. д.

290

Подозрение на промах возникает в тех случаях, когда какой-то результат единичного определения очень отличается от всех остальных. Отбросить такой результат без дополнительной проверки нельзя, так как он может оказаться следствием большой случайной погрешности. Существует несколько способов отбраковки промахов.

Основными метрологическими характеристиками методики анализа являются: сходимость, воспроизводимость, правильность, точность, чувствительность, предел обнаружения.

Сходимость — степень близости друг к другу результатов параллельных единичных определений, выполненных в одинаковых условиях одним и тем же человеком в один и тот же день с использованием одних и тех же материалов и аппаратуры.

Воспроизводимость — степень близости результатов единичных определений, выполненных в различных условиях: например, разными людьми или на разных приборах, 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 ближе результаты параллельных определений.

Правильность — характеризует близость результатов анализа к истинному содержанию компонента в образце. Правильность обусловлена наличием и величиной систематических погрешностей.

Точность — отражает близость к нулю погрешностей всех видов, как систематических, так и случайных.

Чувствительность — отражает способность метода обнаружить разницу между близкими концентрациями (количествами) определяемого вещества. Если определение концентрации производят по градуировочной кривой, построенной по стандартным образцам, то чувствительность метода равна тангенсу угла наклона этой кривой при дан-

291

ной концентрации. Если градуировочный график прямолинеен, то чувствительность метода определяется отношением х/с, где х — разность аналитических сигналов; с — соответствующая им разность концентраций.

Предел обнаружения — наименьшее содержание определяемого вещества, при котором с данной доверительной вероятностью можно его измерить.

Различают абсолютный и относительный пределы обнаружения. Абсолютный предел обнаружения — наименьшее количество вещества, которое может быть обнаружено данным методом. Абсолютный предел обнаружения выражается в абсолютных массовых единицах — г, мг, мкг и т. п. Относительный предел обнаружения — наименьшая обнаруживаемая данным методом концентрация. 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 портативный биолюминометр; с помощью биосенсора «Эколюм» он позволяет производить определение индекса общей химической токсичности водных образцов, включая тяжелые 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 доверительной вероятности 0,95%;

время измерения одного анализа — не более
10 мин;
необходимое количество водного раствора образца
без дополнительной подготовки — 1 мл;
диапазон температур — 15—25 °С;
время активации биосенсора «Эколюм» — 30 мин
(дистиллированная вода);
срок хранения в сухом виде — не менее 6 месяцев
(ТУ 6-09-20-236-93).

Газоанализатор УГ-2

(в настоящее время имеет ограниченное применение)

Назначение прибора

Газоанализатор УГ-2 предназначен для экспресс-анализа воздуха, в котором присутствуют газы СО, С02, NOx, H2S, CL, СН4; этиловый спирт и органические производные 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

Выбрать объем (V в) просасываемого воздуха (для
сероводорода Vn = 300 мл; для С02 Кпрв = 60 мл).
Приготовить трубку-индикатор с наполнителем,
различным для каждого анализа (наполнение трубки-ин
дикатора проводят при необходимости по методике, опи
санной для каждого анализа по отдельности).
Отпустить фиксатор прибора и ввести поршень для
набора пробы вниз до защелкивания.
Освободить стеклянную трубку-индикатор от герме
тизирующего материала и подсоединить к резиновому
шлангу воздухозаборника.

293

5. Отпустить фиксатор. Первый щелчок означает, что откачка воздуха из камеры воздухозаборника начата с установленной контрольной риски поршня. Второй щелчок означает, что воздух из камеры достиг второй контрольной риски, но при этом прокачка трубки-индикатора еще не завершилась.

Оценка результатов анализа

Оценку результатов анализа проводят по индивидуальной 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 воздуха 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:

погрешность показаний — ±10%;
время измерения (подготовка газоанализатора к ра
боте и время отбора газа) — 10 мин.

Нитратомер ЭБИК

Назначение прибора

Нитратомер ЭБИК предназначен для измерений общего содержания нитратов в свежей плодоовощной продукции. Прибор позволяет также определять кислотность почвы.

Применяют в быту, сельском хозяйстве, на предприятиях общепита.

Методика работы с прибором

Снять защитную крышку прибора, обнажив метал
лический анализатор (щуп). На снятой крышке имеются
контрольные ячейки.
Перед началом измерений вставить металлический
анализатор в нужную ячейку и включить прибор, устано-

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

Отклонение стрелки прибора в сторону зеленого
сектора шкалы означает, что содержание нитратов в про
дукте ниже нормы.
Отклонение стрелки прибора в сторону красного
сектора шкалы свидетельствует о содержании нитратов
выше нормы, т. е. исследуемый продукт к употреблению
непригоден.
Аналогично проводят анализ кислотности почвы:
зеленый сектор: рН < 7 — щелочная среда;
значение «ПДК»: рН = 7 — основная среда;
красный сектор: рН > 7 — кислая среда.
После окончания анализа необходимо:

вынуть металлический анализатор-щуп из исследуе
мого продукта или пробы почвы;
выключить прибор поворотом рукоятки «Вкл/Наст
ройка» вверх до щелчка;
протереть анализатор-щуп влажной, а затем сухой
тканью;
поставить на прибор защитную крышку с контроль
ными ячейками.

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 исследуемом продукте (по таблицам); п — число делений зеленого сектора, на которые отклоняется стрелка; 6 — количество делений шкалы.

295

Технические характеристики прибора:

время измерения (настройка и проба) —10 с;
время работы без перерыва — 50 ч;
погрешность измерения — +20%;
градуировка шкалы для определения нитратов —
10-200% ПДК;
градуировка шкалы для определения кислотности
почвы рН — 1—8.

Анализатор почвы «АП-Дельта»

Назначение прибора

Анализатор почвы «АП-Дельта» предназначен для определения степени минерализации почвы и дает возможность регулировать количество вносимых удобрений.

Применяют в быту и сельском хозяйстве.

Методика работы с прибором

Взять анализируемую пробу почвы и насыпать ее в
съемный стакан анализатора до уровня кольца.
Пропитать взятую пробу почвы дистиллированной
водой так, чтобы она появилась на поверхности почвы.
Размешать полученную смесь деревянной или пласт
массовой палочкой до полужидкого состояния.
Зачистить «шкуркой-нулевкой» электрод-анализатор
(щуп) и опустить его в полученную смесь.

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 среднее значение показаний по формуле

где £х, — сумма всех показаний прибора; п — число проведенных анализов.

Технические характеристики прибора:

время измерения (подготовка пробы и проведение
анализа) — 30 с;
погрешность измерений — ±30%;
градуировка шкалы — от 0 до 4 единиц.

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 промышленности.

Методика работы с прибором

Прибор положить горизонтально на исследуемый
объект.
Последовательно включить рычажки «Питание» и
«Поиск».

Оценка результатов измерения

Окончательный результат измерения фиксируется прибором только после исчезновения на экране двух точек с правой стороны шкалы за двумя цифрами; это может сопровождаться сигналом зуммера прибора.

Показание «0—20 мкР/ч» означает, что радиацион
ный минимальный (допустимый) уровень находится в
пределах нормы.
После окончания работы необходимо сначала от
ключить рычажок «Поиск», затем — рычажок «Питание».

297

Технические характеристики прибора:

время одного измерения — 20—60 с;
погрешность измерения — ±30%;
диапазон измерений — 0,001—99,99 мкЗв/ч (0,1—
9999 мкР/ч).

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 химического состава системы данным методом основано на использовании химических реакций, физических процессов или физико-химических свойств.

Химические методы основаны на использовании химических реакций для определения состава среды. Так, используя реакцию, характерную для определяемого иона, с образованием окрашенного комплекса, осадка, ма-лодиссоциированного соединения и других, можно провести качественный и количественный химический анализ.

Физическими методами измеряют свойства, непосредственно зависящие от природы атомов и их концентрации в среде, например интенсивность излучения.

Физико-химические методы основаны на зависимости физического свойства от химического состава анализируемой среды.

Физические и физико-химические методы анализа объединяются общим названием — инструментальные методы анализа, так как для их проведения обычно требуются специальные приборы, инструменты.

Методика проведения физико-химических методов в основном одинакова и сводится к следующему:

в зависимости от анализируемой среды подбирают
удобный метод анализа;
готовят ряд стандартных растворов (серий);

298

измеряют физическое свойство всех растворов на
соответствующем приборе;
по полученным данным строят градуировочный
график в координатах «состав — свойство»;
измеряют физическое свойство анализируемого об
разца и по графику определяют состав.

Можно выделить три основные группы физико-химических методов: оптические, электрохимические, хрома-тографические.

В оптических методах анализа используют связь между оптическими свойствами среды и ее составом. В эту группу входят следующие методы анализа: колориметрический, нефелометрический и турбидиметрический, люминесцентный, поляриметрический, рефрактометрический.

Электрохимические методы анализа основаны на взаимосвязи электрохимических свойств среды от ее состава. К этой группе относят следующие методы:

кондуктометрический (низкочастотный и высоко
частотный);
потенциометрический;
электрогравиметрический;
кулонометрический;
полярографический.

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; предназначен для измерения в отдельных участках длин волн диапазона 315—980 нм, выделяемых светофильтрами, коэффициентов пропускания и абсорбционности растворов и твердых тел и для определения концентрации веществ в растворах. Колориметр позволяет также измерять коэф-

299

фициенты пропускания рассеивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в проходящем 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 предприятиях водоснабжения, в медицинской, химической, пищевой, металлургической промышленности и сельском хозяйстве.

Устройство прибора Колориметр объединяет в себе два блока — блок питания и оптический блок.

В оптический блок входят: осветитель, оправа с оптикой, светофильтры, кюветное отделение с кюветодержателем, фотометрическое устройство с усилителем постоянного тока и элементами регулирования, регистрирующий прибор.

Осветитель представляет собой лампу КГМ. Конструкция механизма осветителя обеспечивает перемещение лампы в трех взаимно перпендикулярных направлениях для ее правильной установки.

В оправу встроены конденсатор, диафрагма и объектив.

Цветные светофильтры вмонтированы в диск. Светофильтр вводят в световой пучок ручкой. Рабочее положение каждого светофильтра фиксируется.

Кюветодержатель расположен в кюветном отделении под крышкой. При работе в кюветном отделении одновременно находятся две кюветы — с растворителем (или нулевым раствором) и окрашенным раствором. Перестановку 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 оцифрована для определения абсорбционности и коэффициентов пропускания светового луча.

Методика работы с прибором

Колориметр включают в сеть за 15 мин до начала измерения. Во время прогрева кюветное отделение должно быть открыто (при этом шторка перед фотоприемниками перекрывает световой пучок). Ручкой вводят необходимый по роду измерения цветной светофильтр. Устанавливают минимальную чувствительность прибора. Для этого ручку «Чувствительность» ставят в положение «1», ручку «Установка 100 грубо» — в крайнее левое положение. Перед измерениями при переключении фотоприемников проверяют установку стрелки микроамперметра на «Нуль» по шкале коэффициентов пропускания при открытом кюветном отделении. При смещении стрелки от нулевого положения ее подводят к нулю с помощью потенциометра.

В световой поток вводят кювету с водой. Закрывают крышку кюветного отделения. Ручками «Чувствительность», «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 помощью 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;

диапазон измерения абсорбционности — 0—1,3;
напряжение питания прибора — от сети переменно
го тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

Фотоэлектроколориметр ФЭК-56 М

Назначение прибора

Прибор ФЭК-56М (рис. 4.2) предназначен для определения загрязнения жидких сред.

В этом приборе два световых потока попадают на фотоэлементы, которые включены по дифференциальной схеме, т. е. токи от фотоэлементов идут в противоположных направлениях. Если освещенность обоих фотоэлементов одинакова, то и возникающие фототоки будут одинаковы по величине, но противоположны по направлению. В этом случае отклонения стрелки микроамперметра от нуля наблюдаться не будет, так как произойдет

компенсация токов.

Методика работы с прибором

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 измерения. В течение этого времени электросхема прибора прогревается. Сначала устанавливают «Электрический нуль» прибора. Для этого с помощью рукоятки световые 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 стороны в световой поток устанавливают две кюветы — с растворителем и раствором, причем сначала устанавливают кювету с раствором. При этом на левый и правый фотоэлементы будут попадать неодинаковые световые потоки и стрелка микроамперметра отклонится от нулевого положения. 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 микроамперметра на «Нуль», вращая правый барабан. Отсчет начинают 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 определения концентрации коллоидных растворов, суспензий и эмульсий. Принцип действия прибора основан на уравнивании 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 светофильтрами и окуляр. В нефелометрическую приставку входят лампа накаливания, камера, в которую заливают дистил-

зоз

лированную воду и помещают кювету с коллоидным раствором, и диск с рассеивателями.

Методика работы с прибором

fcrr3*

Рис. 4.3. Нефелометр НФМ: 1 — основные стойки; 2 — стойка;

3 — отсчетный барабан; 4 — опорная планка; 5 — окуляр;

— диск со светофильтрами;
— фотометрическая головка;

8 — камера с дистиллированной водой;

9 — лампа накаливания;

10 — нефелометрическая приставка;

11 — диск с рассеивателями

Штекеры от осветительной лампы включают в гнезда трансформатора (напряжение 6 В). Камеру тщательно промывают и заливают дистиллированной водой немного выше линзы. Кювету-пробирку заполняют коллоидным раствором, закрепляют на крышке и вставляют в камеру. Вращением диска устанавливают тот светофильтр, цвет которого близок к окраске коллоидного раствора. Отсчетные барабаны устанавливают на «Нуль» по красной шкале, что соответствует полностью открытым диафрагмам. Для измерения рассеивающей 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, разделенного пополам. Отсчет проводят в момент одинаковой освещенности всего видимого поля. Измерения проводят по красной шкале измерительного барабана, которая показывает рассеивающую способность.

Флуориметр ЭФ-ЗМА

Назначение прибора

Прибор ЭФ-ЗМА (рис. 4.4) предназначен для количественного 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 лампы проходит через диафрагму, при открытой заслонке падает на первичный светофильтр, проходит кварцевые линзы и попадает на пробирку с люминесци-рующим раствором. Раствор, облученный УФ-све-том, начинает светиться. Свет люминесценции проходит через кварцевые линзы. Далее сфокусированный пучок света проходит через вторичные светофильтры и попадает на фотоэлементы, которые, преобразуя энергию люминесценции в электрическую, подают ее на вход электрического усилителя. К анодной цепи усилителя подключен микроамперметр, показания которого (в относительных процентах) пропорциональны интенсивности люминесценции. Два фотоэлемента в схеме дают суммарный выход люминесценции.

Флуориметр ЭФ-ЗМА собран в металлическом кожухе. В верхней части прибора размещена ниша, закрывающаяся 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) размещены 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 устанавливают стрелку микроамперметра на «Нуль». Отпускают кнопку 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 положение.

При смене раствора, чтобы измерить интенсивность люминесценции, достаточно нажать ручку вниз и произвести 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 измерения показателя преломления жидких и твердых тел; для быстрого качественного определения концентраций водных, спиртовых, эфирных и других растворов по показателю преломления. Применяют для оценки качества питьевой воды в химических и технологических лабораториях, а также при экологическом обследовании объектов, в том числе учебных учреждений.

Прибор удобен в работе, так как специальная оптическая система позволяет 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 температурой 20 °С; шланг от бутыли присоединяют к штуцеру кожуха измерительной призмы.

Методика работы с прибором

Измерение показателя преломления жидкостей

Открыть измерительную головку, выполненную в
форме усеченного шара. Внутри измерительной головки
визируется блок треугольных призм (в каждом полушарии
головки), в том числе измерительная и осветительная
призмы.
На поверхность измерительной призмы стеклянной
палочкой или пипеткой нанести несколько капель иссле
дуемой жидкости и осторожно закрыть головку.
Убедиться, что исследуемая жидкость заполнила за
зор между обеими призмами (с помощью окна, располо
женного с другой стороны измерительной головки).
Настроить осветительное зеркало так, чтобы свет от
него падал на окно измерительной головки.
Настроить окуляр на резкость, вращая его вправо
или влево.
Вращая большой маховик, найти границу раздела
света и тени.
Вращая маленький маховик, устранить окрашен
ность раствора.
С помощью большого маховика точно совместить
границу раздела с перекрестием сетки.
Снять показания по шкале преломления.

11*

307

Измерение показателя преломления (nD) твердых тел

Промыть спиртом или эфиром поверхности обеих
призм, затем выполнить операции 1—3 (см. с. 307), нанося
на измерительную призму капли промежуточной жидкости.
Наложить твердый образец на слой промежуточной
жидкости так, чтобы полированная поверхность образца
находилась на измерительной призме, а матовая — на ос
ветительной.
Закрыть измерительную головку и наблюдать в оку
ляр появление нескольких интерференционных полос.

Измерение показателя преломления окрашенных или мутных проб

Проводят аналогично, но с использованием диафрагмы, 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. Необходимо 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<,

где IZj — сумма всех показаний барабана с одной стороны; п — количество отсчетов с каждой стороны барабана в отдельности.

308

3. Значение средней дисперсии определяют по таблице, прилагаемой к прибору.

Технические характеристики прибора:

диапазон измерений показателя преломления —
1,3-1,7;
увеличение зрительной трубы - 25х;
диапазон видимости зрительной трубы — 7°25';
увеличение отсчетной системы - 5,2х;
поле зрения - 4,7 х 5,9 мм.

Цифровой малогабаритный преобразователь потенциалов электродных систем «Экотест-101»

Назначение прибора

Прибор «Экотест-101» предназначен для измерения электрических потенциалов электродных систем, селективных 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 милливольтметра.

Применяют в стационарных и передвижных аналитических лабораториях различных отраслей народного хозяйства.

Устройство прибора

В основу работы преобразователя «Экотест-101» положен принцип прямого потенциометрического измерения ЭДС электродной системы с преобразованием этой величины 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 радиоэлементами. Для внутреннего источника постоянного тока в корпусе прибора имеется батарейный отсек, а для подключения электродной системы — штекерный разъем. Для работы с некомбинированными электродами уста-

309

новлены гнезда для электродов сравнения. Некомбинированный электрод подключается к разъему, а электрод сравнения — к соответствующему гнезду (для всех электродов, 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;

диапазон ручной установки значения температуры —
от 0 до 100 °С;
питание — от автономного источника питания (ба
тарея, аккумулятор);
напряжение питания — от 7,65 до 9,9 В.

Цифровой ионометрический преобразователь «Экотест-110»

Назначение прибора

Прибор предназначен для определения концентрации вредных примесей методом измерения электродных потенциалов их одно- и двухвалентных ионов. При этом происходит преобразование электрического потенциала в единицы активности рХ. С помощью прибора «Экотест-110» можно измерять концентрацию элементов (Ag, Br, Ca, Cd, CI, Cu, F, I, К, Ra, Hg, Na, Pb, S) и химических 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 числе передвижных, различных отраслей промышленности.

Полярограф универсальный ПУ-1

Назначение прибора

Прибор ПУ-1 предназначен для качественного и количественного анализа растворов, а также для электрохимических исследований, в том числе для определения примесей в металлах, сплавах, полупроводниках, химических реактивах; для контроля чистоты воздуха, воды, пищевых продуктов и медицинских препаратов; для проведения биохимических исследований, окислительно-восстановительных процессов; в химии комплексных соединений и др.

Предусмотрены следующие виды полярографии: постоянного тока (обычная и дифференциальная); переменного тока с прямоугольной формой поляризующего напряжения; переменного тока с синусоидальной формой поляризующего напряжения; импульсная дифференциальная; инверсионный режим с предварительным накоплением. Возможна непрерывная и тест-регистрация. Запись 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 согласно инструкции к прибору.

Технические характеристики прибора:

температура окружающего воздуха — от 10 до 35 °С;
относительная влажность при температуре окружа
ющего воздуха 25 °С — до 80%;
напряжение питания — 220 В (50 Гц);
поляризующее напряжение — от 0 до 4 В.

311

Жидкостный хроматограф

Устройство прибора

Жидкостный хроматограф состоит из четырех основных функциональных частей: источника потока подвижной фазы (насоса), устройства для ввода пробы (инжектора), разделительного блока (колонки) и блока детектирования.

В качестве подвижной фазы применяют большое число органических и неорганических растворителей, водные растворы различных солей. Подвижная фаза должна удовлетворять следующим требованиям: не изменять характеристик колонки, быть совместимой с применяемым детектором, 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 дозиметрического контроля радиационной обстановки, а также для обнаружения радиационного загрязнения одежды, пищевых продуктов и т. д.

Прибор позволяет проводить измерения по параметрам:

мощность дозы излучения;
плотность потока (3-частиц с загрязненных радио
нуклидами поверхностей.

Применяют в быту, сельском хозяйстве, при проведении 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 измерению, которое осуществляют включением прибора и нажатием 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 каждые 10 импульсов.

Как (3-дозиметр прибор работает с открытой задней крышкой.

Для исследования пищевых продуктов прибор работает в режиме радиометра.

Перед началом анализа промыть пластмассовую
ванночку стиральным порошком и вытереть насухо.
Залить ванночку водой (желательно чистой питье
вой).
Открыть заднюю крышку прибора (работа с р-пото-
ком) и положить его на ванночку.
Включить прибор и перевести его в режим «Т».
Зафиксировать время измерения с помощью секун
домера или часов с секундной стрелкой (время замера
t{ - 10 мин ±5 с).
Спустя 10 мин записать показание прибора и повто
рить измерение.
Промыть ванночку и заполнить ее измельченным
анализируемым продуктом (картофель, огурцы, капуста и
т. п.).
Повторить анализ согласно пп. 3—6.
После окончания анализа закрыть заднюю крышку
и отключить прибор кнопкой «Вкл/Выкл».

Оценка результатов анализа

1. Среднеарифметическое значение показаний прибора определяют по формуле

где Их, — сумма всех показаний прибора; п — число проведенных анализов.

2. Определяют активность радионуклидов при исследовании 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;

время непрерывной работы прибора — 6 ч;
погрешность измерений (в зависимости от изотопа):

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 (аспиратор АМ-5) и воды (комплект индикаторных полосок «Меркоквант»).

Прибор экспресс-анализа воздуха — аспиратор АМ-5

Назначение прибора

В комплекте с индикаторными трубками аспиратор АМ-5 предназначен для экспресс-анализа воздушной среды при определении концентрации вредных газов: СО, С02, NOx, S02, H2S и др.

Методика работы с прибором

Аспиратор АМ-5 используют для прокачивания воздуха, 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 полосками 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 стандартной шкалой, изображенной на пенале комплекта. Полоску Bactochek EC для определения бактерий после смачивания 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, анализирующий электрод которого опускают в стеклянный цилиндр 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:

время прогрева — 5 мин;
рабочая температура — 10—35 °С (при заданной
точности); 0—50 °С (при расширенной точности);
относительная влажность воздуха — 25—70%;
объем памяти — 250 методов введения параметров,
250 результатов.

Аналитическая система «Спектроквант» — программа, в банке данных которой содержится значение диэлектрической проницаемости среды D, что позволяет отказаться от подготовки стандартных растворов и построения гра-дуировочных графиков.

Порядок работы аналитической системы:

с помощью клавиши ввода вносят номер метода;
готовят эталонный и анализируемый растворы;
замеряют рН (кислотность) измеряемого раствора;
переводят фотометр в режим ожидания;
программируют время реакции (длительность —
5 мин);
после сигнала зуммера определяют содержание
необходимого компонента в растворе (методом сравнения
эталонной и анализируемой проб).

Газоанализатор ГИАМ-21

Назначение прибора

Газоанализатор ГИАМ-21 предназначен для определения концентрации окиси углерода (СО), углеводородов

316

(СН) в отработавших газах и частоты вращения коленчатого вала в карбюраторах автодвигателей.

Применяют в ГИБДД МВД России, на станциях технического обслуживания и т. д.

Кроме газоанализатора в комплект прибора входят:

фильтр-отстойник для отделения жидкости от газа в
процессе очистки от механических примесей;
газозаборник для отбора пробы газа из выхлопной
трубы автомобиля.

Методика работы с прибором

1. С помощью прозрачного поливинилхлоридного
шланга соединить:

выходной штуцер фильтра-отстойника — со штуце
ром «Вход» газоанализатора;
входной штуцер фильтра-отстойника — с газозабор-
ником.

Кнопкой «Сеть» включить прибор и прогреть его в
течение 20—30 мин.
Показания индикаторов СО и СН с помощью ручек
подстройки каналов привести к нулевым значениям.
Включить кнопку «Насос» (продувка системы).
Включить кнопку «Калибр» и сверить контрольные
значения по таблице, прилагаемой к прибору.
Прогреть двигатель автомобиля («газануть» 5 раз).
На 6-й раз вставить газозаборник в выхлопную тру
бу автомобиля.
Включить кнопку «Насос».
Через 30—60 с отключить кнопку «Насос» и зафик
сировать показания индикаторов СН и СО.
Повторить 3—5 раз замеры, как указано в пп. 8 и 9.
Для определения частоты вращения коленчатого вала

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

включить прибор кнопкой «Сеть»;
после прогрева прибора установить нулевые значе
ния в соответствии с п. 3;
перевести положение кнопки «СН/Тах» в положе
ние «Tax»;
на табло индикации зафиксировать значение числа
оборотов коленчатого вала в минуту.

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 показания А (СО, СН) зависят от атмосферного давления р. Поэтому для определения истинного значения концентрации выхлопных газов нужно использовать формулу

где А — истинное значение концентрации; At — показание газоанализатора; К — коэффициент зависимости от атмосферного давления (нормальное давление paTM = 760 мм рт. ст., или 101,3 Па; отсюда К= 1,11 по графической зависимости).

Формула перевода ррт СН в % СН:
1% СН = 1 • Ю-4 ррт СН.
После окончания работы необходимо:

отключить прибор кнопкой «Сеть»;
отсоединить клеммы тахометра (или фильтр-от
стойник);
снять крышку фильтра тонкой очистки и проверить
фильтрующий элемент;
при необходимости заменить фильтрующий эле
мент на новый (отработавший приобретает грязно-серый
цвет).

318

Технические характеристики прибора:

диапазон измерений: СО — 0—5%, СН — 0—5000 ррт;
погрешность измерений: СО и СН — ±5%, частоты
вращения — ±2,5%;
дифференциальное время одного измерения (про
грев прибора и отбор пробы) — 25—35 мин;
время работы без корректировки показаний (без
выключения прибора) — 8 ч.

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 видимой и УФ-областей (УМ-2, МДР-2, СФ-8, СФ-16, СФ-18, СФ-46).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

@ Расскажите об особенностях устройства и работы физических приборов контроля.

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 некоторым показателям Выраженные функциональные сдвиги Рост специфической и неспецифической заболеваемости Острые отравления Летальные отравления

Влияние качества воды на организм человека

ПДК

Степень загрязнения

2-3

4-10

100

Допустимая Умеренная Высокая Чрезвычайно высокая

Влияние состояния почвы на организм человека

пдк

Состояние здоровья

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, грохоты и др.
Доменное производство	Доменные печи, установки фануляции шлака и др.
Коксохимическое производство	Коксовые батареи, башни тушения кокса, 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, сушильные барабаны, дробилки и др.
Ферросплавное производство	Рудовосстановительные, рафинировочные, 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 измельчения 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 концентратов, печи «КС» для обжига медных концентратов, многоподовые обжиговые печи, отражательные печи, электропечи плавки огарка, конверторы, комплекс кислородно-факельной плавки «КФП», комплекс кислородно-взвешенной циклонно-электротермической плавки «КВЦЭТ», шахтные печи и др.
Производство свинца	Агломерационные машины, электропечи, купеляционные, шахтные, фьюмин-говые печи, рафинировочные котлы, дробилки, грохоты и др.
Производство электрической и тепловой энергии	Котлоагрегаты, сжигающие все виды топлива, дробильно-помольное оборудование и др.
Производство олова	Трубчатые вращающиеся печи, многоподовые 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 цинкового купороса, вельц-печи, сушильные барабаны для сушки цинковых концентратов и индукционные печи плавки катодного цинка и др.
Производство никеля	Сушильные барабаны, агломерационные и обжигово-конвейерные машины, электропечи, конверторы, отражательные, 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, электропечи, 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, мазут, твердое топливо и др.
Производство продуктов нефтепереработки, масел, серы, серной кислоты, синтетических моющих средств, аммиачных удобрений, фенола, изопропил-бензола, сажи, синтетических жирных кислот, синтетического каучука, ацетальдегида, формальдегида, асбестотехнических изделий, резинотехнических изделий, резиновой обуви и др.	Бароконденсаторы, резервуары хранения нефти и нефтепродуктов, сливо-на-ливочные эстакады, градирни, установки АВТ — эжекторы, вакуумных установок, печи сжигания нефтешлама, реакторы-генераторы установок фенола, изопропилбензола, ацетона, селективной и контактной очистки масел, сушильные барабаны, регенераторы и пневмотранспорт установок каталитического крекинга, котлы-утилизаторы, ре-зиносмесители, вальцы, прессы, шпре-динг-машины, вулканизаторы, камерные печи, газогенераторы и др.
Производство стекла	Стекловаренные печи, бункера, питатели, дробилки, элеваторы, сушильные барабаны, сита, грохоты, смесители весовых линий, загрузочные карманы и др.
Производство кровельных и гидроизоляционных материалов	Битумокислительные конвекторы, печи дожига и сушки, камеры предварительного полива, пропиточные ванны, камеры 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 распылительные сушилки, сушильные барабаны, смесители, грохоты, дробилки, конвейерные сушилки и др.
Производство синтетических изделий	Бегуны, вагранки, полигональные сита, выбивные решетки, галтовочные барабаны, 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, камеры тепловой обработки, узлы резки, съема, упаковки готовой продукции и др.
Производство аккумуляторов	Плавильные котлы, литейные автоматы, электроплавильные печи, ситовые мельницы, смесители, сушила, ванны лужения, гальванические ванны, баки электролита, мастиковарочные котлы, места пересыпки анодной и катодной массы, элеваторы, шаровые мельницы и др.
Машиностроительное производство	Вагранки, электропечи, технологические печи, работающие на жидком и газообразном топливе, сита, бегуны, бункера, выбивные решетки, галтовочные барабаны, машины для приготовления стержней и стержневой смеси, разливочные машины, окрасочные камеры,

329

Окончание табл.

Вид промышленного производства	Технологическое оборудование, являющееся источником загрязнения атмосферного воздуха
	котлоагрегаты, работающие на твердом, жидком и газообразном топливе, деревообрабатывающие станки, окрасочные, пескоструйные, дробеметные камеры, ванны обезжиривания, травления, хромирования, никелирования, фосфатиро-вания и др.
Производство изоляционных материалов	Пропиточные машины, котлы варки компаунда, печи вулканизации, смесители, отстойники эскапонового лака и др.
Производство кабелей	Установки лужения проводов, эмаль-агрегаты, свинцовые прессы, обмоточные машины, вальцы, резиносмесители и др.
Абразивное производство	Щековые дробилки, рудно-термические печи, сушильные барабаны, элеваторы, сепараторы, пневмотранспорт, грохоты, смесительные барабаны, мельницы силиката и др.

ЛИТЕРАТУРА

Афанасьев Ю.А., Фомин С.А. Мониторинг и методы контроля окружающей 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 автомобильного 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 Росгидромета. РД. 52.24.309-92. СПб., 1992.

Методические указания по полевому обследованию и картографированию уровня загрязнения почвенного покрова техногенными выбросами 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. пособие для инженера-эколога. М.: Изд. дом «Прибой», 1996.

Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. М.: Стройиздат, 1990.

Правила охраны поверхностных вод от загрязнения. М.: Госкомприрода, 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 химической промышленности. Л.: Химия, 1989.

Тарасов В.В., Тихонов И.О., Кручинина Н.Е. Мониторинг атмосферного 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 образовательного стандарта нового поколения по специальности 3201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и по другим специализациям. В дополнение к программному материалу приведены очень важные в практической работе специалистов-экологов справочные сведения и нормативы: 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 экологической отчетности на производстве. Впервые в учебной литературе описаны методики расчета аппаратов защиты природной среды.

Для студентов учреждений среднего профессионального образования и непрофильных 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: «Основы экологии», «Городские и промышленные экосистемы», «Рациональное природопользование». Обеспечивает четкое знание фундаментальных основ экологии, 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

1. Диагностика и лечение нефроптоза
2. і. На протязі періоду практики Златова Н
3. На тему- Инвестиционные риски и пути их снижения на примере МУП ЖКХ Чистые пруды
4. такогото такого в вашей фирме-организации такойто такойто.
5. Дипломная работа- Технология уборки трав на сено и перевозки сена
6. Кровотечение является наиболее опасным осложнением последового периода
7. Подгруппа критерий подгруппы
8. тема хозяйствования требует радикальных изменений системы управления экономикой
9. человекчеловекправо и вырабатывает рекомендации по совершенствованию этой системы и выдает рекомендац
10. Заключение экспертабухгалтера и оценка его следователем и судом
11. Программное обеспечение ПО
12. Реферат- Основы трудового законодательства
13. Статистические методы контроля качества 1
14. Дипломная работа- Обучение письму на начальном этапе
15. Структура управленческой деятельности руководителя как практического психологапедагога
16. задание 3 по дисциплине Управление качеством Стратегическое видение и управление качеством Вариант
17. Основы предпринимательства для студентов Института транспортных сооружений дневной и заочной формы о
18. Предмет і завдання педагогіки вищої школ ії основні категорії Педагогіка вищої школи ~ наука про закономі.html
19. темах их функциях законах закономерностях тенденциях функционирования и развития деятельности и взаимод
20. 35 мин. Часть В. Проводится на производственной практике

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе