4. Методы контроля качества компонентов природной среды

Контроль качества компонента природной среды – комплекс работ, включающий в себя получение данных о составе и свойствах компонента природной среды с применением действующих регламентированных методик анализа, измерений, тестирования, оценок и сравнения результатов с установленными нормативами.

Методы контроля качества окружающей среды:

1. Методы измерений — строго количественные, результат которых выражается конкретным числовым параметром (физические, химические, оптические и другие).

2. Биологические методы — качественные (результат выражается словесно, например, в терминах «много-мало», «часто-редко» и др.) или частично количественные.

5. Нормативные показатели уровня загрязнения компонентов природной среды

Нормативные показатели уровня загрязнения почв

Сама почва не принадлежит к тем средам (в отличие от воды и воздуха), которые непосредственно воздействуют на здоровье человека. Ее неблагоприятное влияние, как правило, сказывается в тех случаях, когда вредные вещества оказавшиеся в почве, далее поступают в сельскохозяйственные растения и сохраняются или накапливаются в них. Поэтому в практике используют нормативные показатели уровня загрязнения почв: ПДК и ДОК – допустимые остаточные количества пестицидов и др. загрязняющих веществ в почве, пищевых, кормовых продуктах, которые, поступая в организм на протяжении всей жизни, не вызывает никаких нарушений в здоровье детей и взрослых, выражают эти величины, в граммах или мг на 1 кг масса почвы или продукта. Предельно допустимая концентрация загрязняющего почву химического вещества (ПДК) – максимальное содержание загрязняющего почву химического вещества, не вызывающее прямого или косвенного негативного влияния (включая отдаленных последствий) на окружающую среду и здоровье человека, а также не приводящее к накоплению токсичных элементов в сельскохозяйственных культурах. Единого ПДК для почв не должно быть – эти показатели будут сильно варьировать в зависимости от конкретной почвенно-экологической обстановки, в которой необходимо учитывать свойства почвы. Установление ПДК ЗВ в почве находится пока в самом начале разработки. К настоящему времени ПДК установлены примерно для 30 вредных веществ, преимущественно ядохимикатов, применяемых для защиты растений от вредителей и болезней. Разрабатываются нормативы содержания в почвах тяжелых металлов.

Нормирование загрязняющих веществ в почве имеет 3 направления:

– нормирование содержания ядохимикатов в пахотном (корнеобитаемом) слое почвы сельскохозяйственных угодий;

– нормирование накопления токсичных веществ на территории предприятия;

– нормирование загрязненности почвы в жилых районах, преимущественно в местах временного хранения бытовых отходов.

В пахотном слое почвы вредные вещества нормируются по 2 показателям:

– предельно допустимым (ПДК_п);

– временно допустимым концентрациям (ВПК_п)

Для установления ПДК_п используют данные о фоновых концентрациях исследуемых веществ, их физико-химических свойствах, параметрах стойкости, токсичности. При этом экспериментально устанавливают:

– допустимую концентрацию вещества в почве, при которой его содержание в пищевых и кормовых растениях не превысит некоторых допустимых остаточных количеств (ДОК), иначе называемых ПДК в продуктах питания (ПДК_пр);

– допустимую (для летучих веществ) концентрацию, при которой поступление вещества в воздух не превысит установленных ПДК для атмосферного воздуха (ПДК_а.в);

– допустимую концентрацию, при которой поступление веществ в грунтовые воды не превысит ПДК для водных объектов;

– допустимую концентрацию, не влияющую на микроорганизмы и процессы самоочищения почвы.

Наиболее жесткие из ряда названных показателей принимаются в качестве ПДК_п, причем сравнение идет по одноименным показателям вредности, т.е. по сходному действию разных веществ. Таким путем нормируется содержание в почве пестицидов и ряда химических элементов – преимущественно тяжелых металлов, галогенов (например, хлора), а также микроэлементов. Причем содержание примесей нормируется в зависимости от вида пищевых продуктов, выращиваемых на данной почве или в данном хозяйстве (мясных, молочных, рыбных, растительных). Установлены ПДК_п в основном для ядохимикатов (табл. 1).

Временно допустимые концентрации ВПК_п в отличии от ПДК_п, определяются расчетным путем для тех пестицидов, которые разрешены к этим испытаниям или в силу своих особенностей не требуют обязательного определения ПДК. Для этого используют уравнение регрессии, полученные эмпирическим путем, которые связывают ПДК_п, например, с предельно допустимыми концентрациями в пищевых продуктах:

ВПК_п = 1,23 + 0,48lgПДК_пр.

Нормативные показатели уровня загрязнения атмосферы

Уровень загрязнения атмосферного воздуха определяет воздействие вредных веществ, загрязняющих воздух, либо продуктов их химических Физических превращений на растения, животных и людей, а также на строительные сооружения. Степень воздействия зависит от локальной концентрации этих веществ и длительности их воздействия. Уровень загрязнения атмосферного воздуха имеет значительные колебания во времени и пространстве. Эти колебания связаны с особенностями источников эмиссии загрязнителей (тип источника, природа и свойства загрязняющих воздух веществ, объем выброса и т.п.) и с влиянием метеорологических факторов (направление и скорость ветра, темпе­ратурные инверсии, атмосферное давление, влажность воздуха, рельеф местности и расстояние до источника загрязнения).

Для контроля уровня загрязнения воздуха Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) и Всемирной метеорологической организацией (ВМО) введены следующие показатели:

– ПДКр.з. – предельно допустимая концентрация химического вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м³;

– ПДКм.р и ПДКс.с. – соответственно, максимально разовая и среднесуточная предельно допустимые концентрации химического ве­щества в воздухе населенных мест, мг/м³;

– ОБУВ – ориентировочный безопасный уровень воздействия хими­ческого вещества в воздухе населенных мест, мг/м³.

Необходимость раздельного нормирования примесей в воздушной среде населенных мест и рабочей зоны определяется условиями восприятия вредных веществ людьми: на предприятиях в течение рабочего дня загрязненным воздухом дышат здоровые, прошедшие медицинское освидетельствование люди, а в населенных пунктах круглосуточно дышат как взрослые, так и дети, пожилые и больные люди. Поэтом ПДКр.з > ПДКм.р , например: для диоксида серы ПДКр.з = 10 мг/м³, а ПДКм.р = 0,5 мг/м³. В зависимости от значения ПДК все химические вещества в воздухе классифицируются по степени опасности:

Класс опасности ПДКр.з, мг/м³

I чрезвычайно опасные < 0,1

II высокоопасные 0,1 – 1,0

III умеренно опасные 1,0 - 10,0

IV малоопасные > 10,0

При одновременном присутствии в атмосферном воздухе нескольких вредных веществ (с концентрациями С₁, С_{2, …} , С_i) однонаправленного действия их безразмерная суммарная концентрация не должны превышать 1: С₁/С_пдк1+ С₂/С_пдк2 +…+С_i/С_пдкi<1.

При проектировании предприятий в районах, где атмосферный воздух уже загрязнен выбросами от других, ранее построенных предприятий, нормирование выбросов строящегося предприятия ограничивают учетом присутствующих в воздухе примесей. Содержание этих примесей рассматривается в качестве фоновой концентрации С_ф.

Если имеется несколько источников выбросов вредных веществ, то требования к качеству воздуха, согласно СН 245-71, определяются следующим образом:

– на территории предприятия: ΣC_i≤0,3ПДК_рз – С_ф

– для воздуха населенного пункта: ΣC_m≤ПДК_мз – С_ф

где Сi – концентрация вредного вещества, выбрасываемого от i-го источника; С_m – наибольшая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенного пункта от i-го источника; N – число источников поступления в воздушный бассейн данного вредного ве­щества.

Если в атмосферном воздухе присутствуют выбросы нескольких веществ, обладающих эффектом суммации, то необходимо переходить к безразмерным концентрациям. Требования СН 245-71 будут выполнены, если: Σqi≤1, при qi=Ci/(C_пдк – C_фi).

где k – количество вредных веществ, обладающих эффектом суммации; q_i – безразмерная концентрация вредного вещества.

Соблюдение всех этих требований контролируется органами Мин­здрава (санитарно-эпидемиологическими станциями) и Госкомгидромета.

Однако в реальной производственной практике бывают вынужденные отклонения от требований к качеству воздуха. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев невозможно ограничить содержание примесей до ПДК на выходе от источника выброса, и раздельное нор­мирование учитывает эффект перемешивания и рассеивания примесей в атмосфере. При этом регламентирование выбросов газовоздушных сме­сей в атмосферу через те или иные источники эмиссии осуществляется на основе установления предельно допустимых выбросов (ПДВ), г/с.

Нормативные показатели уровня загрязнения гидросферы

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 должна иметь благоприятные органолептические 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 производится оценка качества воды.

По санитарному признаку устанавливаются микробиологические и паразитологические показатели воды (число микроорганизмов и число бактерий группы кишечных палочек 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 учитываются органолептические (воспринимаемые органами чувств) свойства: температура, 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 предельно допустимых концентраций (ПДК).

Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК_в) – 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, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.

Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДК_рх) – концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых.

При интерпретации результатов мониторинга состояния водной среды важно знать, к какому типу водных объектов отнесены река, озеро, водохранилище, и использовать для оценки ситуации соответствующие нормативы.

В гидрохимической практике используется и метод интегральной оценки качества воды, по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения.

В этом методе для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДК_рх и повторяемости случаев превышения, а также общий оценочный балл.

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды.

Также оценка качества воды и сравнение современного состояния водного объекта с установленными в прошлые годы характеристиками проводятся на основании индекса загрязнения воды по гидрохимическим показателям (ИЗВ). Этот индекс представляет собой формальную характеристику и рассчитывается усреднением как минимум пяти индивидуальных показателей качества воды. Обязательны для учета следующие показатели: концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН и биологическое потребление кислорода БПК₅.