ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Мазулина Олеся Владимировна

студент, ВолгГАСУ, г. Волгоград

Полонский Яков Аркадьевич

канд. техн. наук, доцент каф. БЖДТ, ВолгГАСУ, г. Волгоград

ECOLOGICAL MONITORING OF ATMOSPHERIC AIR

Mazulina Olesia Vladimirovna

student, VolgGASU, Volgograd

Polonskiy Iakov Arkadievich

Candidate Technical , Associate Professor ofVolgGASU, Volgograd

АННОТАЦИЯ

Проблема загрязнения окружающей среды, в особенности воздушного бассейна не становится менее актуальной с течением времени. Основой для ее решения служит развитие и совершенствование систем экологического мониторинга, осуществляемого на современной организационной и технологической базе. Основными направлениями методического обеспечения являются анализ пылевого загрязнения и анализ наличия загрязняющих веществ в воздухе. Для решения этих задач необходима адекватная современная приборно-аппаратная база.

ABSTRACT

The problem of environmental pollution, particularly air pollution does not become less relevant with the passage of time. The basis for its decision serves as a development and perfection of systems of ecological monitoring, carried out on modern organisational and technological basis. The main directions of methodological support are the analysis of dust pollution and the availability of polluting substances in the air. To solve these tasks we need adequate to the modern instrument-hardware base.

Ключевые слова: загрязнение воздушной среды; экологический мониторинг; приборы и методы мониторинга.

Keywords: air environmental pollution; ecological monitoring; instrument-hardware base of monitoring.

Экологический мониторинг атмосферного воздуха (ЭМВ) представляет собой систематическое измерение количества загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосфере с целью оценки: во-первых,его качества и, во-вторых – степени воздействия ЗВ на чувствительные объекты (например, людей, животных, растения и произведения искусства).Косвенной целью ЭМВтакже является локализация местоположения и идентификация источника загрязнения воздуха (т. н. казуальный анализ). Физически, ЗВ можно классифицировать на газообразные и твердофазные дисперсные, а химически – на активные, обладающие вредным воздействием, и пассивные. С приборно-аппаратной условной точки зрения, удобной для описания построительных схем массового ЭМ – на «пыль» и «газы».

Критериальной основой ЭМ, в его «небытовом» варианте, является комплекс нормативов и указаний, принятых на международном, государственном, муниципальном, корпоративномуровнях. Из всего множества химических веществ, биологических и физических компонентов воздуха (за исключением азота и кислорода), объектом ЭМВ, очевидно, являются те, чье воздействие, на основании эмпирических, как правило, наблюдений, приводит к негативным последствиям. Соответственно, предельно допустимые концентрации (т. н. ПДК) этих ЗВ также установлены из многолетнего опыта наблюдений и специально проводимых исследований.

Текущая концентрация ЗВ в данной точке атмосферы формируется под воздействием баланса поступлениявредных веществи их рассеивания в воздухе. Понятно, что как приток ЗВ, так и динамика их рассеивания носят нестационарный характер. Однако, эта нестационарность подчиняется определенным закономерностям - в одной и той же зоне наблюдений фиксируются колебания концентраций, причем наиболее упорядоченная картина характерна для дневных, недельных и годовых периодов.

Учитывая вышесказанное, проведение ЭМВ должно базироваться на сеть станций мониторинга, обеспечивающих адекватность его реализации. Основными требованиями являются: достаточная плотность размещения станций, наличие аппаратного комплекса средств контроля, обеспечивающего успешное фиксирование основных ожидаемых ЗВ, наличие соответствующей нормативно-методической базы и единого операционного центра, обеспечивающего своевременное и полноценное решение задач ЭМВ. Применительно к урбано-индустриальной среде, это означает, чторазвертываниесети станций ЭМВ должно производиться применительно к сформировавшемуся ландшафту застройки, а также во всех без исключения ранжированных по уровню загрязнения зонах – от наиболее чистых парковой, зон отдыха, зоны спальных районов, делового центра, зон транспортных потоков, до промышленных особо загрязняющих зон.

Примером такого решения системы ЭМВ является ГПБУ «Мосэкомониторинг» [4]. Она развернута в виде соответствующего числа автоматических станций контроля загрязнения атмосферы, на которыхкруглосуточно, в непрерывном режиме, измеряются концентрации 23-х химических веществ (21 ЗВ контролируемых в соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения, и также углекислого газа и кислорода). Параллельно измеряются метеорологические параметры, определяющие условия рассеивания ЗВ в атмосфере (скорость и направление ветра, температура, давление, влажность, вертикальная компонента скорости ветра).

Действующая система ЭМВ, таким образом, обеспечивает решение следующих задач:

• контроль за соблюдением государственных и международных стандартов качества атмосферного воздуха;
• получение объективных исходных данных для разработки природоохранных мероприятий, градостроительного планирования и планирования развития транспортных систем;
• оценка эффективности природоохранных мероприятий.

Описанная система ЭМВ может также использоватьсядля развертывания систем предупреждения о резком повышении уровня загрязнения воздуха в интересах ГО и ЧС; а также для поддержки клинических и академических исследованийвоздействия на здоровье человека загрязнения воздуха.

Методическая база ЭМВ, в соответствии с принятой выше классификацией, должна обеспечивать оценку запыленности АВ и оценку загрязненности его ЗВ.

Одним из основных загрязнителей АВ пылью служат промышленные предприятия. И здесь, хорошо изученным и давно используемым на практике методом оценки запыленности воздуха является весовой метод, суть которого состоит в определении привеса при пропускании через фильтр определенного объема исследуемого воздуха.

В настоящее время, как правило, необходимо наряду с концентрацией пыли знать также размер частиц (дисперсность) пыли, и, кроме того,количество пылинок, содержащихся в единице объема воздуха. С этой цельюиспользуютметод непосредственного наблюдения и подсчета с применением микроскопа или использованием различных лучевых измерителей (светового и радио-диапазона).

Для качественного и количественного определения содержания в АВ ЗВ применяются газоанализаторы и хроматографы различных конструкций и производителей. Газоанализаторы, как правило, специализированы для использования в специфических условиях применения: таких, какввоздуха рабочей зоны, газовых промышленных и вентиляционных выбросах, автомобильных выбросах, технологических газовых средах, свободных зонах природных и урбанистических ландшафтов.

В зависимости от конкретного назначения, газоанализаторы контролируют определенные наборы ЗВ – от одного (озон, или CO) до нескольких (H₂S, SO₂, NO, NO₂, NH₃, HCl, Cl₂, O₂ и более) и основаны на различных физических принципах.

Распространены хемилюминесцентные газоанализаторы (например, озона), ИК-оптические газоанализаторы (контроль оксида и диоксида углерода), интегральные газоанализаторы, позволяющие использовать любую комбинацию имеющихся газовых датчиков. Такие газоанализаторы имеют блоки обработки информации и предназначены для подключения до 32 и более измерительных-модулей. Помимо этого, современные газоанализаторы имеют модули, позволяющих проводить их автокалибровку, осуществлять управление от внешних устройств, в т. ч. удаленным способом, обеспечивают как хранение значительных объемов данных, так и вывод информации на внешние ЭВМ.

Следует отметить, что, нарядус безусловными достоинствами (возможность селективного детектирования определяемого вещества, портативность), газоанализаторы имеют и недостатки, главный из которых – невозможность фиксировать изменения качественного состава анализируемой воздушной среды при расширении ассортимента загрязнителей [2].

Другим распространенным классом приборов для анализа ЗВ являются хроматографы. Портативные газовые хроматографы в значительной степени лишены недостатков, присущих газоанализаторам, хотя и существенно превосходят последние по стоимости. При анализе объектов, представляющих собой микрокомпонентные смеси переменного состава, хроматографии нет альтернативы [1]. В пересчете на стоимость определения одного компонента хроматография имеет очень низкую себестоимость, обладая одновременно высокой селективностью и чувствительностью определения [2].

Так, использование портативных хроматографов, укомплектованных фотоионизационным детектором, позволяет, без предварительного концентрирования, определять содержание в воздухе полиароматических углеводородов и фталатов. Такие приборы, имея массу до 10 кг, позволяют в мобильном варианте определять многочисленные органические и неорганические вещества при контроле загрязнителей воздушной среды, поиске утечки газов и т. д. непосредственно в вероятных местах аварий и инцидентов. Оперативный контроль органических примесей (ацетон, бензол, гексан, толуол, бутилацетат, этилбензол, ксилолы и т. д.) на уровне ПДК в атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны, при обнаружении утечки технологического или транспортируемого газа такжеможет проводиться с использованием газового переносного хроматографа, в случае, если он снабжен высокочувствительной детектирующей системой, позволяющей анализировать пробу без предварительного обогащения.

Некоторые переносные приборы предназначены для определения летучих органических соединений не только в воздухе, но и в воде и почве и могут быть использованы при проведении контроля окружающей среды, а не только воздуха рабочей зоны, производства.Как правило, они комплектуются удлиненным зондом для забора пробы, что существенно повышает мобильность и точность позиционирования проботбора.

Многие современные приборы базируются на использовании миниатюрныхфотоионизационных детекторов, что расширяет спектр применения и точность определения ЗВ.

Существуют и полифункциональные с точки зрения оперирования приборы, позволяющие осуществлять ввод пробы как шприцем, так и через дозирующее устройство с помощью встроенного насоса; они могут быть снабжены несколькими капиллярными колонками и системой обратной продувки. Работа таких приборов возможна в трех режимах. Предусмотрен режим работы как для неквалифицированного оператора (цикл запрограммированных анализов), так и для квалифицированного, которому открыт доступ к изменению различных параметров прибора. С помощью встроенного микропроцессора можно рассчитать до 50 пиков и провести калибровку по трем точкам для 25 компонентов.

Более сложные, и, как правило, точные приборы выполняются в стационарном исполнении. Они громоздки и могут использоваться лишь в лабораториях, в т. ч. передвижных, что заметно повышает их мобильность. Такие приборы предназначены, например,для качественного и количественного анализа сложных смесей органических и неорганических веществ с температурой кипения до 300°С.

Конечно, портативные приборы всегда имеют более жесткие ограничения на их использование в анализе, чем приборы в стационарной аналитической лаборатории. Тем неменее, удобство использования портативных хроматографов состоит еще и в том, что при отборе пробы не нужно входить в зону, содержащую ЗВ, если они снабжены устройствами для проведения дистанционного анализа.

Для деятельности аналитической лаборатории, хроматографический метод в контроле загрязнителей воздушной среды не имеет альтернативы, т. к. его использование позволяет определять как органические соединения различного строения, так и широкий спектр неорганических соединений. Решающую роль в этом сыграла практически полная автоматизация анализа, включая стадию пробоподготовки.

В настоящее время серийно освоен выпуск различных приборов и установок для анализа аэрозолей: радиоизотопные пылемеры, позволяющие проводить определение концентраций пыли вдиапазоне 1–500 мг/м3;комплексы, выполняющие автоматическое измерение и запись содержания в АВ пыли и сажи, автоматические пробоотборники, производящие отбор аэрозоля из воздуха для определения концентраций прямым методом, дозиметры пыли, обеспечивающие отбор проб аэрозоля для определения концентраций прямым методом при запыленности воздуха более 15 мг/м³ [3].

Таким образом, современная методическая и приборная база ЭМВ достаточно хорошо отработана и предоставляет полноценную возможность для создания эффективно действующей системы ЭМВ. Конечно, методы анализа ЗВ достаточно сложны и дорогостоящи, а адекватного им развития пока не имеют системы анализа пылевых загрязнений. Тем не менее, проблема реализации полномасштабных по охвату систем ЭМВ в настоящее время скорее перешла в область системной организации из области поиска и обеспечения доступных инженерно-технических решений. Следующей задачей развития этих систем является обеспечение формирования достаточного уровня мотивации на всех уровнях управленческого персонала, как в государственно-муниципальном, так и производственно-корпоративном сегментах.

Список литературы:

1. Шабельников В.Н., Лихачева С.В., Немова К.А. Эколого-аналитический контроль промышленных выбросов // Трубопроводный транспорт нефти.2010.№ 2. С. 62
2. Экоаналитический контроль: методические указания. Самара: Издательство "Самарский университет", 1999
3. http://www.mosecom.ru/air/
4. http://artpb.ru/stats/stat36.html