Федеральное агентство по образованию Тверской государственный технический университет
И.П. Шкилева, Г.Н. Демиденко, Э.М. Сульман
Химический анализ объектов окружающей среды
Учебное пособие
Издание первое
Тверь 2008
УДК 504:54 (075.8)
ББК 20.1:24.4я7
Ш
Содержит сведения о целях и задачах экологических исследований окружающей среды и природных ресурсов. Приводятся основные классификации природных и антропогенных загрязнений природной среды. Рассмотрено нормирование антропогенных воздействий на водную, воздушную и почвенную среды в соответствии с основными нормативными, методическими и справочными документами в области современного экологического и санитарного контроля в Российской Федерации. Рассмотрены химические и инструментальные методы анализа загрязняющих веществ. Описаны алгоритмы оценки экологического состояния основных объектов окружающей среды – воды, атмосферного воздуха и почвы: показатели качества, методы отбора, консервации и хранения проб, методы качественного и количественного анализа основных загрязняющих компонентов.
Предназначено для студентов направления 020101 Химия специализации «Химия окружающей среды», является составной частью курса цикла СД «Химический анализ и экспертиза» и знакомит с методами и возможностями химического анализа объектов окружающей среды.
Рецензенты: начальник лаборатории ОКК ЗАО ТПК «Техноэкспорт» Белоконь В.Г.; начальник ОКК ОАО «Тверская фармацевтическая фабрика» Филиппова И.Л.
ISBN 978-5-7995-0422-9 © Тверской государственный
технический университет, 2008
Введение
Объективная информация о состоянии и уровне загрязнения различных объектов окружающей среды (атмосферного воздуха, воды и почвы) и влиянии на них антропогенных факторов может быть получена лишь на основе систематических наблюдений за загрязнением природных объектов и выявлением источников загрязнений, т.е. при организации эколого-аналитического мониторинга, который является составной частью общего мониторинга состояния природной среды.
В 1972 году в Стокгольме под эгидой ООН состоялась конференция по охране окружающей среды, где впервые возникла необходимость сформулировать понятие «мониторинг». Было решено под термином «мониторинг окружающей среды» понимать комплексную систему наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенных факторов.
В документах ЮНЕСКО (1974 г.) дано определение понятия «мониторинг» как системы регулярных длительных наблюдений в пространстве и во времени, дающей информацию о прошлом и настоящем состоянии окружающей среды, позволяющей прогнозировать изменение ее параметров, имеющих особенное значение для человечества.
В российском законодательстве термин «мониторинг окружающей природной среды» определен как долгосрочные наблюдения за состоянием окружающей природной среды, ее загрязнением и происходящими в ней природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния природной среды и ее загрязнения (ФЗ РФ «О гидрометеорологической службе» № 113 от 19 июля 1998 г.).
Эколого-аналитический мониторинг представляет собой систему наблюдений за источниками и уровнем загрязнений природных объектов вредными веществами в результате сбросов либо выбросов этих веществ в окружающую среду, а также вследствие естественного их образования и накопления в биосфере, в том числе за счет химической и биохимической трансформации природных и техногенных веществ в соединении с вредными веществами.
В сферу эколого-аналитического мониторинга входят вода, воздух, почва, донные отложения, растения, корма и пища, ткани животных и человека. В число контролируемых объектов при необходимости могут быть включены и другие объекты, представляющие по той или иной причине опасность для окружающей среды, в частности полупродукты и продукты нефтехимии, химической, фармацевтической и микробиологической промышленности.
При оценке загрязненности окружающей среды и организации эколого-аналитического мониторинга необходимо располагать надежными методами исследования, которые в дальнейшем будем называть экологическими исследованиями.
Экологические исследования могут проводиться для решения различных задач:
1) оценка экологической обстановки конкретного района страны (области, района, населенного пункта и даже его части);
2) выявление антропогенного воздействия на окружающую среду;
3) прогнозирование экологической обстановки;
4) определение величины предельно допустимой экологической нагрузки (ПДЭН) на территорию при разработке схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам страны.
Согласно принятому ООН определению, под загрязнением понимают экзогенные химические вещества, встречающиеся в ненадлежащем месте, в ненадлежащее время и в ненадлежащем количестве.
В настоящее время различают понятия «загрязнение» и «загрязненность».
Загрязнением природной среды называется внесение или возникновение новых, обычно не характерных для нее физических, химических, информационных или биологических агентов, оказывающих негативное воздействие на биоту1, в том числе человека.
Загрязненность – это уровень концентрации загрязняющих веществ или уровень физических или каких-либо других воздействий на окружающую среду.
Загрязнение природной среды происходит как от естественных (природных) причин, так и в результате хозяйственной деятельности человека.
В первом случае загрязнение называют природным (например, извержение вулкана), а во втором – антропогенным.
Общая характеристика загрязнения окружающей среды представлена на рисунке.
Природные и антропогенные загрязнения различаются по своей физико-химической природе:
физические;
химические;
физико-химические;
биологические.
Физическим загрязнением называется такое загрязнение, которое связано с изменением физических параметров среды: тепловых, световых, шумовых, электромагнитных, радиационных и т.п.
Загрязнение
среды
Ингредиентное
Параметрическое
Биоценотическое
Социально-деструкционное
Минеральное
Органическое
Комплексный фактор
беспокойства
Эрозия почв
Вырубка лесных
насаждений
Продукты сгорания
ископаемо-го топлива
Продукты сгорания
в ДВС
Бытовые стоки и
мусор
Нарушение баланса
популяции
Зарегулиро-вание
водотоков
Засушение земель
Отходы химических
производств
Ядохимика-ты и
удобрения
Микробио-логические
препараты
Случайная и
направленная интродукция и акклиматизация
видов
Карьерная разработка
ископаемых
Урбанизация
Шахтные отвалы и
терриконы
Аварийные сбросы
в акваториях
Отходы пи-щевой
про-мышленности
Дорожное
строи-тельство
Лесные и степные
пожары
Нерегулируе-мый
сбор, отлов, отстрел, браконьерство
Отходы металлургии
Нефтедобы-ча и
нефте-переработка
Отходы
животновод-ческих ферм
Прочие формы,
связанные с разрушением и преобразованием
экосистем
Перепромысел
Прочие
Прочие
Тепловое
Шумовое
Электромагнитное
Радиационное
Общая характеристика загрязнений окружающей среды
Химическое загрязнение обусловливает изменение естественных химических свойств среды, которые превышают среднемноголетние колебания количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода. Химическое загрязнение природной среды получается и при проявлении в ней химических веществ, которые отсутствовали в этой среде ранее.
Биологическое загрязненение среды или сообщества подразделяется на биотическое (биогенное) и микробиологическое (микробное).
Биотическое – это распространение определенных, как правило, нежелательных с точки зрения людей, биогенных веществ (выделений, мертвых тел и т.д.) на территории или акватории, где их ранее не было.
Микробиологическое загрязнение проявляется в появлении в среде необычно большого количества микроорганизмов, связанных с массовым их размножением на субстратах или средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека. Микробное загрязнение может быть и при приобретении ранее безвредной формой микроорганизмов патогенных свойств или способности подавлять другие организмы в сообществах.
В зависимости от масштабов распространения загрязнений различают глобальное, региональное и локальное загрязнения.
Глобальное загрязнение называют также фоново-биосферным. Оно обнаруживается в любой точке планеты далеко от его источников (например, ДДТ обнаружен в яйцах пингвинов в Антарктиде).
Региональное загрязнение – загрязнение, которое обнаруживается в пределах значительного пространства, но не охватывает всю планету.
Локальное загрязненение – загрязнение небольшого региона, как правило, вокруг промышленного предприятия, населенного пункта и т.п.
Говоря об опасности загрязнения, необходимо обратиться к понятию вреда (вредности), который наносит загрязнитель биоте, в том числе человеку.
Вредное вещество – ингредиент в окружающей среде, который оказывает отрицательное влияние на биоту.
Понятие вреда включает свойства, точнее мишени воздействия химического вещества (или физические воздействия):
токсичность;
канцерогенность;
мутагенность;
тератогенность.
Лимитирующий показатель вредности (ЛПВ) включает в себя три характеристики загрязняющего вещества:
относительную токсичность вещества;
способность к аккумуляции;
устойчивость.
На основании степени токсичности загрязнителя, его аккумулятивности и стабильности выделяют четыре класса опасности.
Классы опасности загрязняющих веществ
Класс опасности |
Название класса опасности |
Основные показатели |
1 |
Чрезвычайно опасные, особо опасные вещества |
Ксенобиотики* ПДК < 10-5 мг/л КАК** > 200 95*** > 180 сут |
2 |
Высокоопасные вещества
|
Ксенобиотики Pb, As, CCl4, CHCl3 ПДК = 10-4-10-5 мг/л КАК = 50-200 95 = 60-180 сут |
3 |
Опасные вещества |
Ксенобиотики и природные вещества (Н4S, S-2) ПДК = 10-3-10-4 мг/л КАК = 1.1-50 95 = 10-59 сут |
4 |
Умеренно опасные вещества |
В основном природные вещества ПДК > 0,01 мг/л КАК = 1 95 < 10 сут |
*Ксенобиотики – произведенные человеком вредные посторонние окружающей природной среде вещества.
** КАК – коэффициент аккумуляции, характеризующий способность к аккумуляции, рассчитывается как отношение концентрации вредного вещества в среде или в живом организме к концентрации этого же вещества в среде или в пище в равновесном состоянии.
***95 – время снижения концентрации вещества в 20 раз, характеризует устойчивость к распаду.