Предисловие

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Техносферная безопасность», и является учебным пособием к курсу «Мониторинг и экспертиза безопасности».

В предлагаемом пособии представлены 4 лабораторных и 7 практических работ, при выполнении которых студенты ознакомятся с принципами организации мониторинга компонентов природной среды в условиях воздействия источников загрязнения. Работы составлены с использованием экоаналитических данных, полученных в ходе проведения натурных наблюдений техногенных объектов и природной среды как во время штатных обследований предприятий, так и в ходе выполнения аналитических исследований по сопровождению аварийных ситуаций.

В лабораторных работах №1 и №2 изучаются теоретические основы и возможности аналитического метода хромато-масс-спектрометрии при поиске и идентификации источников загрязнения в аварийных ситуациях. Лабораторная работа №1 посвящена обзорному анализу и проведению инвентаризации сточных вод предприятия химической отрасли, выявлению специфичных для него соединений («отпечатков предприятий»), которые в дальнейшем могут быть использованы при поиске источников загрязнения компонентов природной среды. В лабораторной работе №2 рассматриваются подходы к целевому анализу и проводится поиск источника аварийного загрязнения р.Шугуровки фенолом по «отпечаткам предприятий».

Лабораторные работы №3 и №4 посвящены мониторингу воды при аварийном разливе нефтепродуктов. Лабораторная работа №3 посвящена определению нефтепродуктов в воде методом инфракрасной спектрометрии. Лабораторная работа №4 посвящена изучению теоретических основ методов инфракрасной спектрометрии и газожидкостной хроматографии и их возможностей для идентификации и выявления источников загрязнения водных объектов нефтью.

Практическая работа №1 рассматривает подходы к организации мониторинга атмосферного воздуха в городах с интенсивным движением автомобильного транспорта.

Практическая работа №2 рассматривает подходы к оценке воздействия горнодобывающего предприятия на атмосферный воздух по состоянию снегового покрова.

Практическая работа №3 рассматривает подход к поиску источника загрязнения атмосферы полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) в промышленно-развитых городах с использованием концентрационных профилей ПАУ.

Практическая работа №4 рассматривает подход к оценке воздействия источников загрязнения на гидросферу путем сопоставления гидрохимического состава природной воды в створах выше и ниже места сброса сточных вод.

Практическая работа №5 рассматривает подход к оценке загрязненности донных отложений путем выявления в них техногенных геохимических ассоциаций загрязняющих веществ.

Практическая работа №6 рассматривает подход к оценке качества почвенного покрова в зоне воздействия горнодобывающего предприятия.

Практическая работа №7 посвящена оценке воздействия аварийного выхода нефти из нефтепровода на состояние почвенного покрова.

Введение

Особенностью территорий с высокой антропогенной нагрузкой является многочисленность и интенсивность источников загрязнения, разнообразие поступающих поллютантов, а также вероятность возникновения аварийных ситуаций. Соответственно мониторинг окружающей среды на таких территориях (мониторинг безопасности) имеет свои особенности.

Мониторингом называют систематические наблюдения за состоянием природных объектов с целью получения отдельных или усредненных во времени или пространстве данных об их качестве. Задачами экологического мониторинга могут быть: установление закономерностей процессов самоочищения, оценка выноса загрязняющих веществ и т. д. Наблюдения ведутся регулярно из года в год на определенных постах и по определенному перечню химических показателей. Полученные таким образом результаты позволяют констатировать фактическое состояние природных сред в четком пространственно-временном режиме и на основании полученных данных давать заключения о текущем состоянии; делать прогноз об ожидаемых изменениях качества. Однако по таким данным в большинстве случаев невозможно установить взаимосвязь между качеством природного объекта и источником его загрязнения, что необходимо для территорий с высокой антропогенной нагрузкой.

Поэтому при организации и проведении мониторинга природных объектов в зонах влияния промышленности не ограничиваются лишь констатацией текущего состояния окружающей среды, часто приходится решать задачи, связанные с выявлением источников загрязнения. В этих случаях по-другому выбираются контрольные створы, места для отбора проб, по-другому составляется программа мониторинга и, самое главное, определяется перечень загрязняющих веществ, который зависит от специфики исследуемого источника загрязнения.

Таким образом, виды мониторинга и выполняемые при этом экоаналитические исследования можно классифицировать в зависимости от целей, с которыми они проводятся (рис. 1).

Мониторинг территорий с высокой антропогенной нагрузкой (мониторинг безопасности)

Регулярный мониторинг компонентов природной среды

Оперативный мониторинг техногенных объектов и компонентов природной среды

Оценка воздействия предприятий на окружающую среду

Выявление источников загрязнения природных объектов

Оценка фактического состояния природных объектов в зоне влияния официальных сбросов сточных вод, промвыбросов

Источник загрязнения известен  надо оценить степень его воздействия на окружающую среду

Источник неизвестен.

Выявлено загрязнение окружающей среды  надо найти источник загрязнения

Особенности:

– пункты наблюдения офици­ально утверждены и распола­гаются на участках, подвер­гающихся воздействию кон­кретного предприятия;

– сроки регулярных наблю­дений определяются про­граммой (для атмосферы – полная, неполная, сокращен­ная, суточная);

для гидросферы зависит от категории поста наблюде­ний);

– перечень определяемых ин­гредиентов обычно включает повсеместно распространен­ные вещества, рекомендуе­мые ГОСТ

Особенности:

– пункты наблюдения выбираются в зонах со значимым влиянием выбросов или сбросов рассматриваемого или предполагаемого источника загрязнения;

– наблюдения проводятся до восстановления природных объектах до исходного состояния;

– перечень определяемых ингредиентов включает специфические (характерные для выбросов и сбросов выявленных источников) соединения

Результаты:

• информация о составе загрязняю­щих веществ в ис­точниках про-мышленных сбросов и выбросов;

• обоснованный вывод об источни­ках загрязнения;

• информация об уровне загрязне­ния природных объектов вне и в зоне влияния источника загрязне­ния специфическими компонен­тами;

• характеристика уровня (степени) загрязнения природного объекта специфическими компонентами

Результаты:

• информация об уровне загрязнения природных объектов общераспростра-ненными загрязняющими веществами;

• оценка способности к самоочищению;

• прогнозирование качества природных объектов

Рис. 1. Виды мониторинга территорий с высокой антропогенной нагрузкой

Оперативный мониторинг осуществляется в случаях резкого ухудшения качества природных сред. Негативные изменения проявляются в первую очередь в виде загрязнения атмосферного воздуха в крупных городах или значительного загрязнения природных вод.

В зависимости от цели проводимого исследования подходы к проведению оперативного мониторинга могут быть диаметрально противоположны. В одних случаях, когда известны источники загрязнения, необходимо обнаружить поступившие от них загрязняющие вещества и оценить интенсивность загрязнения (опасность) объектов окружающей среды. А в других случаях, когда в пробах компонентов природной среды обнаруживаются какие-либо специфические или общераспространенные загрязняющие вещества в экстремально высоких концентрациях, не обходимо объяснить их происхождение.

В первом случае особые требования предъявляются к выполнению самого химического анализа (подбор условий пробоподготовки и проведения анализа для лучшего извлечения определяемых компонентов, повышение чувствительности анализа различными способами, использование дополнительных возможностей аналитических методов). Во втором случае, когда нужно объяснить «откуда что поступило» и «является ли оно загрязнением», более важным становится анализ экологический. Это значит, что для выполнения такого рода работ нужны знания об экологической ситуации в данном районе, о предполагаемых природных и антропогенных источниках эмиссии загрязняющих веществ, о технологических процессах, осуществляемых на предприятиях данного района, о составе сточных вод, промвыбросов или отходов предприятий-загрязнителей, сведения о веществах, поступающих из повсеместно распространенных источников.

Таким образом, анализ объектов окружающей среды при осуществлении оперативного мониторинга может быть:

• целевой (специфический), то есть определение заданных соединений для подтверждения их присутствия в пробе и количественного определения;

• обзорный (неспецифический), то есть получение общей картины состава органических и неорганических компонентов в пробе и их количественная оценка.

Целевой анализ проводят для поиска конкретных соединений, когда известны возможные источники их поступления. Его используют при оценке влияния промышленного объекта на природный объект, например, при оценке воздействия сточных вод предприятия на качество воды водотока-реципиента или промвыбросов на атмосферный воздух в санитарно-защитной зоне. В этом случае в пробах воды водотока или атмосферного воздуха ищут соединения, характерные для предприятия, его сбросов или выбросов.

Аналогичная задача решается при загрязнении атмосферного воздуха промвыбросами предприятий или загрязнении почв из всех возможных источников поступления загрязняющих веществ.

При возникновении более сложных проблем, когда происходят аварийные или чрезвычайные ситуации и в окружающую среду поступают токсичные загрязняющие вещества, часто из неизвестных источников на начальном этапе мониторинга, необходим обзорный анализ.

Обзорный анализ применяется для предварительного изучения анализируемых объектов, для общей характеристики состава проб, когда изначально неизвестно, чем и в какой степени может быть загрязнена проба. При обзорном анализе определяют в пробах «все, что умеют» в зависимости от возможностей лаборатории, осуществляют идентификацию неизвестных соединений.

Обзорный анализ необходим при анализе природных объектов, когда неизвестен явный источник поступления загрязняющих примесей и поэтому идентифицируют все обнаруженные в пробе соединения. В этом случае очень важным является опыт аналитика, поскольку далеко не все обнаруженные в пробе соединения будут являться свидетельством влияния промышленного объекта. Во-первых, многие соединения могут иметь природное происхождение, поскольку даже незагрязненные природные объекты (вода, почва, донные отложения) с химической точки зрения представляет собой смесь органических и неорганических соединений. Во-вторых, в природных объектах, особенно, в природных водах и атмосферном воздухе, содержатся вещества, поступающие из повсеместно распространенных антропогенных источников загрязнения, таких как неорганизованные свалки, автомобильный транспорт, бытовые хозяйственные стоки деревень и т.д. В-третьих, загрязняющие примеси могут вноситься в отобранные пробы в процессе транспортировки и особенно пробоподготовки. Для предотвращения такого загрязнения проб ведется тщательный контроль за чистотой посуды, реагентов, даже атмосферного воздуха в лаборатории. Для учета постороннего влияния анализируются стандартные образцы и холостые пробы. При проведении обзорного анализа природных объектов очень важным является использование базы данных по составу сточных вод предприятий.