книги / Экологический мониторинг

•флуориметры и титраторы (по 3 методики – по 2,5 %),

•кулонометры и весовые приборы (по 2 методики – по 1,5 %),

•остальные (хромато-масс-спектрометры, рентгено-флуоресцент- ные и электрометрические приборы и т. д.) (по 1–2 методики).

Из приведенных данных следует, что с помощью трех наиболее часто применяемых типов лабораторных измерительных приборов (фотометры, хроматографы и атомно-абсорбционные спектрометры) могут решаться примерно 80 % всех основных экоаналитических задач контроля воздуха, выполняемого в лабораторных условиях.

Приборы непрерывного и оперативного наблюдения за всеми возможными приоритетными загрязняющими веществами на всех уровнях мониторинга создавать нецелесообразно, однако важно иметь такие приборы для приоритетных загрязняющих веществ – SО2, ÑÎ, NOx, Î3, углеводороды и реже Н2S è Ñl2. Последние два являются веществами специфическими, свидетельствующими о нали- чии химических, нефтехимических, коксохимических производств.

В табл. 3.5 представлена характеристика основных типов газоанализаторов.

Таблица 3.5

Основные типы газоанализаторов воздушной среды

Для контроля воздушной среды используются газоанализаторы, работа которых основана на различных принципах.

Термокондуктометрические газоанализаторы. Принцип работы основан на зависимости теплопроводности газовой смеси

111

от ее состава. Чувствительным элементом анализаторов этого типа являются тонкие платиновые нити. В зависимости от состава газа меняется температура чувствительного элемента, возникает ток, сила которого пропорциональна концентрации контролируемого компонента.

Термохимические газоанализаторы. Принцип работы основан на измерении теплового эффекта каталитической реакции, в которой участвует контролируемый компонент. Термохимический принцип использован в газоанализаторах и сигнализаторах горючих газов, паров и их смесей.

Магнитные и термомагнитные газоанализаторы. Принцип работы основан на измерении физических свойств газовой смеси под воздействием магнитного поля.

Кулонометрические газоанализаторы. Принцип работы основан на измерении предельного электрического тока, возникающего при электролизе раствора, который содержит определяемое вещество, являющееся электрохимическим деполяризатором. Электрический ток является мерой концентрации определяемого компонента. Определяемое вещество – SO2.

Ионизационные газоанализаторы. Принцип работы основан на измерении ионного тока, возникающего в процессе ионизации исследуемого газа. Обычно используют ионизацию пламенем и радиоактивным излучением. Разработаны ионизационные газоанализаторы на NO2, бензол, дихлорэтан.

Фотоколориметрические газоанализаторы. Принцип работы основан на протекании специфической химической реакции, сопровождающейся образованием или изменением окраски взаимодействующих веществ. Достоинством данного типа газоанализаторов является высокая чувствительность и универсальность. Определяемые вещества – NH3, H2S, CS2, Cl2, HCN, фосген.

Оптико-акустические газоанализаторы. Принцип работы основан на поглощении инфракрасного излучения газом. Газ при прерывистом ИК-облучении в замкнутом пространстве периодически нагревается и охлаждается, что сопряжено с колебаниями давления газовой смеси.

Хемилюминесцентные газоанализаторы. Принцип работы основан на измерении интенсивности люминесценции продуктов химической реакции определяемого компонента с реагентом. Определяемые вещества – озон, NO, NO2, NOx.

112

Окончание табл. 3.7

Химический анализ содержания вредных веществ осуществляется методами, используемыми при исследовании атмосферных осадков, природных вод, воздушной среды [1, 6,7].

Достоинства монитoринга снежного покрова состоят в следующем:

•снег естественным образом обеспечивает концентрирование примесей по сравнению с воздушной средой, что упрощает последующую задачу анализа примесей;

•отбор проб снега весьма прост, он производится один раз в год на максимуме влагосодержания, послойный отбор проб позволяет определить историю загрязнения воздушной среды на протяжении всего снежного сезона;

•достаточно одной пробы на максимуме влагосодержания для получения среднеинтегральных концентраций приоритетных примесей, накопленных за зимний период;

• мониторинг снежного покрова дает возможность оценить величину трансграничного переноса серы и азота аммонийного.

Мониторинг снежного покрова осуществляется территориальными центрами Росгидромета на базе сети снегомерной съемки,

115

с целью получения данных для Государственного водного кадастра. Снегомерная съемка, как правило, использовалась для определения запасов влаги в почве и прогноза паводковых ситуаций для ряда регионов страны. Придание пунктам снегомерной съемки новой функции – измерения концентрации приоритетных загрязняющих веществ – стало естественным дополнением к их работе. В настоящее время на 1000 пунктах снегомерной съемки осуществляется химический мониторинг. Плотность сети в европейской части России –1 пункт на 8000 км2, в азиатской части – 1 пункт на 30000 км2. Наиболее плотная сеть пунктов наблюдения была создана в густонаселенных регионах, а также вдоль западной границы государства для осуществления мониторинга трансграничных переносов. Около 40 % пунктов оценивают загрязненность снега вокруг городов, 40 % – контролируют распространение загрязняющих веществ от промышленных центров в более чистые регионы, а 20 % – выполняют функции фонового мониторинга.

В различных регионах России время исследования состава загрязнения в снеговых пробах меняется. Например, в центральной европейской части пробы отбираются во 2-й или 3-й декаде марта, а на острове Диксон – в 3-й декаде апреля или даже во 2-й декаде мая.

Для отбора проб снега используются следующие вспомогательные устройства и материалы: стандартный снегомер-плотно- мер, снегомерная рейка; полиэтиленовый пакет вместимостью 10–12 дм3 или полиэтиленовое ведро с крышкой. Проба снега с каждого снегомерного маршрута представляет собой объединенную пробу из отдельные кернов снега, взятых в начале, середине и конце снегомерного маршрута. Количество кернов снега (n) определяется исходя из условия получения общего объема воды в одной пробе не менее 2,5 дм3. Количество кернов может быть определено по формуле

n = v/SH+1n,

ãäå v – требуемый объем воды в пробе, v =2500 ñì3 (ã); – плотность снега, г/см3, = 0,25 ã/ñì3; S – площадь сечения трубы снегомера-плотномера, см2; h – средняя высота снежного покрова на маршруте, см.

116

При высоте снежного покрова более 60 см количество кернов снега в пробе должно быть не менее трех. Каждый керн вырезается на полную глубину снежного покрова. Следует избегать захвата снегомером частиц грунта. Перед ссыпанием снега в полиэтиленовое ведро или пакет необходимо тщательно очистить нижний конец снегомера и снежного керна от грунта и растительных вклю- чений. Пробы снега доставляются на метеостанцию в плотно закрытых полиэтиленовых ведрах или пакетах.

Оценка загрязнения талой снеговой воды осуществляется по показателям (рН, электропроводность) и содержанию ряда веществ: SO42 –, NO3– , NH4+, тяжелые металлы, ПАУ. На 30% пунктах снегомерной съемки определяется содержание в снеге тяжелых металлов и полиароматических углеводородов. Информативным является показатель рН снеговой воды. В незагрязненных пробах снега он изменяется в пределах 5,5–5,8, вблизи источников загрязнения (металлургические заводы, ТЭЦ, котельные и др.) рН снеговой воды характеризуется слабощелочной и щелочной средой, что связано, по-видимому, с выпадением зольных частиц, содержащих соединения гидрокарбонатов калия, кальция, магния. Вдоль транспортных магистралей, в местах выбросов промпредприятий продуктов сгорания топлив с высоким содержанием оксидов серы, азота и углерода, рН снеговых проб уменьшается, что свидетельствует о кислотности осадков.

Методы исследования загрязнения снегового покрова не ограничиваются известными приемами физико-химического анализа талой воды. В настоящее время выполняются аэрокосмические снимки снежного покрова промышленных районов в видимом диапазоне спектра, при таянии снега обнаруживают вокруг этих территорий обширные зоны потемнения, связанные с ускоренным сходом снега, вследствие загрязнения. По результатам наблюдений по методике эколого-географического картографирования создаются компьютерные карты (рис. 3.4), которые наглядно показывают загрязнение территории определенными веществами.

117

Рис. 3.4. Примеры распределения загрязняющих веществ в снеговом покрове на территории бассейна р. Кола Мурманской области

118

Создание компьютерных карт происходит в три этапа:

•создание цифровой картографической основы на базе топографических карт различных масштабов;

•создание базы данных по исходным точкам и интерполирование полей загрязнения;

•наложение поверхностей загрязнения на цифровую картографическую основу.

3.7.БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ

ВМОНИТОРИНГЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Растения в целом обладают высокой чувствительностью к воздействию некоторых загрязняющих веществ, их можно использовать в качестве индикаторов для выявления загрязнения и определения его уровня, а также при осуществлении мониторинга состояния загрязнения атмосферы [2,5,8].

Среди растений различают виды чувствительные к загрязнению воздуха и более выносливые. Наиболее устойчивы к загрязнению: туя западная, клен ясенелистный, бузина, тополь канадский, сирень амурская, боярышник. Достаточно устойчивы: барбарис, жимолость татарская, сирень венгерская, смородина золотистая, яблони ягодная и китайская, ракитник, ель колючая. Неустойчивы к загрязнению атмосферы: ель, пихта, кедр, можжевельник, клен остролистный, береза, тополь бальзамический, сирень обыкновенная, черемуха обыкновенная [11].

Если растения способны накапливать загрязняющие вещества без изменения их химического состава за счет процессов метаболизма, и если эти аккумулированные вещества могут быть легко идентифицированы в образцах растения, то такие виды растений можно использовать как накопители загрязняющих веществ. Использование растений удобно для определения уровня загрязнения, а иногда и состава загрязняющих веществ, что дает возможность осуществлять мониторинг эффектов воздействия.

Для использования растений в мониторинге важно соблюдение следующих условий:

119

•воздействия должны приводить к заметной реакции растения на загрязнение воздуха;

•эффекты воздействия должны хорошо воспроизводиться при использовании растений генетически подобных популяций;

•эффекты воздействия должны характеризоваться специфи- ческими симптомами, свойственными воздействию индивидуальных загрязняющих веществ;

•растения должны быть очень чувствительны даже к весьма низким концентрациям загрязняющих веществ;

•растения должны хорошо развиваться и быть устойчивыми

êзаболеваниям, воздействию насекомых.

Известно несколько типов эффектов воздействия загрязнения воздуха на растения:

•острое воздействие высоких концентраций загрязняющих веществ за короткий промежуток времени;

•хроническое воздействие низких концентраций загрязняющих веществ за продолжительный период.

Примерами первого типа являются хлороз (изменение окраски листьев) или некроз (отмирание участков ткани листа) ткани листьев, опадание листвы, плодов, лепестков цветов, свертывание листьев, искривление стеблей. К эффектам хронического воздействия относится замедление или прекращение нормального роста и развития растений, хлороз и некроз верхушек листьев, медленное увядание растения или его органов.

В качестве индикаторов или накопителей загрязнения воздуха можно использовать как дикорастущие (лишайники, мхи, папоротники, высшие формы растений и др.), так и культивируемые виды растений. В Нидерландах и Великобритании для фитомониторинга используется культивируемые сорта табака, в Германии – пересаживаемые виды лишайников.

Индикаторные растения могут быть использованы для определения уровня загрязняющих веществ и выявления эффектов острого воздействия, а также для определения интенсивности и пространствен- но-временного распределения этих эффектов (табл. 3.8).

Для уменьшения влияния побочных эффектов на результаты исследования необходима стандартизация индикаторных и аккумулирующих видов растений, в частности, особое значение приобретает

120