Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологический мониторинг. Часть 1. Практикум
.pdf
К. П. Латышенко
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ
МОНИТОРИНГ
Часть 1
Практикум
2-е издание
Вузовское образование
Саратов • 2019
УДК 681.2
ББК 20.1
Л27
Рецензенты:
кафедра оптико-электронных приборов
Московского государственного университета геодезии и картографии;
Головин В. В. — кандидат технических наук, НПФ ХИМЭКОТЕК
Латышенко, К. П.
Л27
Экологический мониторинг. В 2 ч. Ч. 1 [Электронный ресурс] :
практикум / К. П. Латышенко. — 2-е изд. — Электрон. дан. и
прогр. (6 Мб). — Саратов: Вузовское образование, 2019. — 129 с.
ISBN 978-5-4487-0454-3
Рассматриваются методы и средства экологического мониторинга жидких
сред, определяются их метрологические характеристики, правила обработки
результатов измерений.
Практикум по экологическому мониторингу предназначен студентам,
изучающим дисциплины «Методы и средства измерений, испытаний и
контроля», «Автоматический мониторинг окружающей среды», «Методы
аналитического контроля», «Мониторинг и контроль окружающей среды»,
«Системы экологического мониторинга», «Технологические измерения и
приборы» и «Экологический мониторинг».
Для создания электронного издания использовано:
Приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,
разработанное на основе Adobe Air
© Латышенко К. П., 2013
© ООО «Вузовское образование», 2019
ВВЕДЕНИЕ
Экология (от греч. – дом, жилище, пристанище и
…логия) – наука об отношениях растительных и животных организмов, образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой.
Загрязнение окружающей среды и другие отрицательные по-
следствия научно-технического прогресса, неблагоприятное
воздействие человека на окружающую среду требуют проведения широкомасштабных природоохранных мероприятий. В связи с этим резко возрастает практическое значение экологии как
научной основы рационального природопользования. Экологический подход стал, в прямом смысле этого слова, жизненно
необходимым при решении производственных и научнотехнических задач.
Экологический мониторинг (от лат. monitor – надзирать) –
это система регламентированных наблюдений с запрограммированным пространственным, временным и компонентным разрешением, а также оценка и прогноз состояния природной среды и
природных ресурсов, включая и системы источников антропогенного воздействия.
При оценке последствий воздействия на природу важное место занимают мониторинг и расчёт допустимых (без вреда для
человека и природы) масштабов загрязнений, в частности, предельно допустимых концентраций различных веществ, отравляющих атмосферу, воду и почву.
Поэтому всё более возрастающие требования предъявляются
к качеству подготовки технических кадров, в том числе специалистов в высшей школе.
Специалист в области экологического мониторинга должен
знать:
– характеристики и особенности окружающей среды как
объекта контроля и управления, включая нормативы контроля;
– методическое обеспечение систем мониторинга, в том числе основные физико-химические методы контроля, методики
выполнения измерений и др.;
– техническое обеспечение систем мониторинга и, прежде
всего, аналитические приборы, системы и комплексы для кон-
3
троля приоритетных загрязнителей, микропроцессорные средства, автоматизированные средства отбора и подготовки пробы;
– метрологическое обеспечение приборов и систем контроля
параметров окружающей среды;
– математическое и программное обеспечение систем мониторинга, включая вопросы моделирования и оптимизации объектов, средств и систем контроля, обработку измерительной информации, прогноз распространения экологических нарушений
во времени и пространстве, рекомендации по текущему и долгосрочному управлению окружающей средой;
– расчёт, проектирование и эксплуатацию автоматизированных систем экомониторинга;
– стандартизацию в области контроля параметров окружающей среды;
– экономические аспекты обеспечения экологической безопасности.
С этой целью на кафедре мониторинга и автоматических систем контроля (МАСК) МГУИЭ был создан лабораторный практикум по экологическому мониторингу жидких сред.
Лабораторный практикум состоит из введения и девяти разделов.
В первой главе приведены общие сведения об экологическом мониторинге и описаны его методы.
Вторая глава содержит минимум сведений об измерении и
контроле, средствах измерений и их характеристиках.
В третьей главе изложен порядок проведения работы, меры
безопасности и правила оформления отчёта о лабораторной работе.
В четвёртой – восьмой главах изучаются такие технические
средства экологического мониторинга, как рН-метр, иономер,
фотоколориметр, рефрактометр и частотный кондуктометр (5
лабораторных работ).
В девятой главе изложена методика обработки результатов
измерений.
В зависимости от специализации и профиля подготовки инженеров, а также возможностей конкретного вуза и кафедры по
предлагаемым методикам можно выполнять и другие работы.
4
Практикум не претендует на полноту охвата номенклатуры
технических средств, применяемых в настоящее время, и не заменяет справочников по средствам измерения и автоматизации.
Из-за ограниченного времени, отводимого на проведение лабо-
раторных работ, в практикуме допущены отклонения от инструкций по работе с приборами. Например, не требуется в полном объёме соблюдать время прогрева приборов, время измерения температуры, выдерживать измерительные электроды в соответствующих растворах и т.п. Тем не менее, хочется надеяться, что практикум позволит активизировать самостоятельную
работу студентов, укрепить их знания и навыки, повысить успеваемость.
В работе над лабораторным практикумом принимали участие следующие преподаватели, аспиранты, обучающиеся на
кафедре, а также студенты старших курсов: И.А. Андреев,
В.В. Головин, А.И. Кавтарадзе, П.Н. Коваленко, Е.Г. Куприн,
К.Ю. Ушаков.
5
ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
В настоящее время человечество вступило в такой этап своего существования, когда мощь создаваемых им химических,
биологических и физических средств воздействия на среду обитания становится соизмеримой с силами природы. Это подтверждает гениальное предвидение В.И. Вернадского (русский учёный, основатель геохимии, биогеохимии, радиологии, 1869 –
1945) о том, что хозяйственная деятельность человека становится силой, способной изменить мир, поставив его на грань экологической катастрофы. Изменения природной среды связаны
прежде всего с процессами загрязнений твёрдой, жидкой и газообразной составляющей биосферы. Источниками загрязнения
являются организованные и неорганизованные промышленные
выбросы, отходы агропромышленного производства, процессы
добычи полезных ископаемых, транспортные средства и др.
Наибольшее загрязнение атмосферы приходится на долю оксидов углерода, соединений азота и серы, углеводородов и промышленной пыли. За год в атмосферу Земли выбрасывается
примерно 200 млн т оксида углерода, около 20 млрд т диоксида
углерода, 150 млн т диоксида серы, 250 млн т пыли, по 50 млн т
оксидов азота и различных углеводородов.
Биосфера (от греч. βιοσ – жизнь и – шар) быстро
насыщается тяжёлыми металлами, в частности, рассеивание
ртути и свинца превышает 80 % их годового производства. При
сжигании угля с золой и отходящими газами в окружающую
среду поступает больше, чем добывается из недр: молибдена – в
3 раза, мышьяка – в 7, алюминия и кобальта – 15, ртути – в 50
раз.
Ежегодно в мировой океан вытекает до нескольких миллио-
нов тонн нефти и нефтепродуктов. Водный кризис затронул
практически все страны мира.
Существенной трансформации подвергается литосфера (от
греч. – камень и …сфера), особенно её верхний горизонт
в пределах суши. В ХХ веке на поверхность земли осело около
20 млрд т шлаков, 3 млрд т золы, более 1 млн тонн мышьяка,
кобальта и никеля, около 1 млн т цинка. Интенсификация сельского хозяйства, широкое использование синтезированных
6
удобрений и средств защиты растений приводят к загрязнению
культивируемых земель, засолению и эрозии (от лат. erosio –
разъедание) почвы.
Указанные процессы в полной мере характерны и для Российской Федерации, 15 % её территории (около 2,5 млн км2) относится к зонам экологического бедствия, в их числе и московский регион. Москва, например, занимает 70-е место среди
крупнейших городов мира по продолжительности жизни населения.
Анализ рассматриваемых проблем привёл к необходимости
создания концепции экологической безопасности и управления
природоохранной деятельностью в РФ. Первостепенное значение здесь имеет мониторинг антропогенного (от греч.
– человек и греч. – род, происхождение) воз-
действия, фактического состояния биосферы, прогноз её будущего развития. Согласно этой концепции под экологическим
мониторингом понимают систему регламентированных наблюдений с запрограммированным пространственным, временным и
компонентным разрешениями, а также оценки прогноза состояния природной среды и природных ресурсов, включая биотическую составляющую, и систем источников антропогенного воздействия. Таким образом, основными задачами экологического
мониторинга являются измерение, оценка и прогноз интенсивности экологических факторов воздействия и реакций биоты.
При этом экологический фактор – это любой элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм, или любой параметр среды, на который организм отвечает соответствующими реакциями.
Цель экологического мониторинга состоит в информационном обеспечении управления природоохранной деятельностью и
экологической безопасности. Для достижения этой цели в
настоящее время активно формируют Единую государственную
систему экологического мониторинга (ЕГСЭМ) РФ, основными
задачами которой являются:
– наблюдение за экологическими факторами и измерение их
показателей;
– сбор и обработка данных наблюдений;
7
– организация и ведение банков данных, характеризующих
экологическую обстановку и состояние природных ресурсов в
РФ или отдельных регионах;
– информационное обеспечение долгосрочного и оператив-
ного управления состоянием природной среды, в том числе при
возникновении чрезвычайных ситуаций.
В структурном отношении ЕГСЭМ включает в себя подсистемы: мониторинга атмосферного воздуха, поверхностных вод
суши, морских вод, почв. ЕГСЭМ построена по иерархическому
принципу и является открытой информационно-измерительной
системой, допускающей подключение новых объектов и систем.
Основной системообразующий элемент ЕГСЭМ – локальный уровень. Локальные системы мониторинга осуществляют
наблюдение за экологическими факторами и вырабатывают информацию о состоянии объектов окружающей среды в реальном
либо квазиреальном масштабе времени в целях оперативного
принятия управляющих решений, формируют информацию для
банков данных верхнего уровня иерархии (от греч. –
священный и – власть)(регионального, федерального). В
настоящее время локальный уровень ЕГСЭМ реализуют обычно
в виде автоматизированных систем контроля (АСК) или автоматизированных информационно-измерительных систем (АИИС),
включающих автоматические анализаторы для контроля заданного числа экологических параметров в непрерывно циклическом режиме; системы отбора и подготовки проб для анализа;
передвижные аналитические лаборатории, осуществляющие
мониторинг по заданной программе; стационарные лаборатории
для анализа проб, которые нецелесообразно контролировать в
полевых условиях; компьютерные центры обработки и формирования экологической информации, обычно решающие задачи
управления процессом функционирования АСК.
Управление качеством природной среды требует установле-
ния допустимых экологических и гигиенических нагрузок (от
греч. hygieinos – здоровый), определяющих приемлемые для человека и экосистемы в целом уровни загрязнения природных
сред. Такие уровни нормированы действующим в РФ законодательством в виде предельно допустимых концентраций (ПДК) и
ориентировочных безопасных уровнях воздействия (ОБУВ) и
8
установлены более чем для 6000 веществ в воздухе, воде и почве, причём этот перечень непрерывно пополняется и не исчерпывает всего многообразия эко-аналитических задач, поскольку
в нём не учитывают совместного присутствия в окружающей
среде нескольких загрязняющих веществ, обладающих полным
или неполным суммированием действий.
На основании действующих в РФ нормативных документов
(ГОСТ) разработаны требования к аппаратуре и методикам выполнения измерения (МВИ) или методикам количественного
химического анализа (МКХА) загрязняющих веществ в окружающей среде. Каждую МВИ, а их в сфере контроля параметров
окружающей среды разработано более 700, оформляют в виде
Государственного стандарта РФ. МВИ содержит:
– сведения об определяемых компонентах и диапазонах их
измерений в объекте;
– методы и средства измерений (в том числе стандартные
образцы, аттестованные смеси и т.п.), вспомогательные и другие
технические средства;
– последовательность и содержание операций при подготовке и выполнении измерений, обработке результатов;
– определение приписанных характеристик погрешности измерений.
В аттестованных методиках контроля параметров окружающей среды используют весь арсенал освоенных физических и
физико-химических методов анализа. Таким образом, МВИ –
это совокупность операций и правил, с помощью которых получают результаты измерений с известной погрешностью. Актуальность и сложность задач разработки и внедрения эффективных метрологически аттестованных методик контроля качества
воздуха, воды и почвы обусловлены непрерывным расширением
состава контролируемых параметров и ужесточением требований к чувствительности и точности реализуемых процедур контроля.
Исключительное значение для эффективности экологического мониторинга имеет обеспечение достоверности получаемой
информации. Достоверность измерений интенсивностей экологических факторов в свою очередь основана на национальной и
международной системах единства измерений. Национальная
9
система РФ базируется на комплексе государственных эталонов
(фр. etalon), исходных средств и стандартных образцов, обеспечивающих воспроизведение и передачу размеров единиц основных величин, характеризующих химические и биологические
факторы, в соответствии с государственными поверочными
схемами. Например, государственная поверочная схема для
средств содержания компонентов в газовых смесях включает в
себя: первичный эталон единиц молярных и массовых концентраций компонентов в газах, эталоны сравнения (чистые газы и
смеси в баллонах под давлением), газоаналитические и газосмесительные установки высокой точности, стандартные образцы
состава чистых газов и газовых смесей и др.
Основу метрологического обеспечения контроля параметров
окружающей среды составляют:
для воздуха – государственные стандартные образцы (ГСО)
состава газовых смесей в баллонах под давлением, термодиффузионные генераторы и источники микропотоков газов и паров,
генераторы-разбавители газов и газовых смесей, генераторы нулевого воздуха, электрохимические генераторы и др.;
для воды – ГСО состава водных растворов, катионов, анионов, органических веществ, сухих остатков природных вод, ГСО
свойств веществ (удельная электрическая проводимость, оптическая плотность и т.п.);
для почв – ГСО состава почв и донных отложений.
Перечисленные средства метрологического обеспечения
совместно с МВИ позволяют достичь достоверности и требуемой точности контроля большого числа практически значимых
экологических факторов.
Несмотря на важность перечисленных факторов, главное место в системах экологического мониторинга занимают всё же
аналитические средства измерений и вспомогательная аппаратура для контроля собственно состояния окружающей среды,
промышленных и транспортных выбросов.
Аналитическую аппаратуру для контроля химических загрязнений окружающей среды производят во всех развитых
странах. Номенклатура выпускаемых аналитических приборов и
комплексов достаточно широка, только Госреестр РФ содержит
более 200 типов отечественных и импортных приборов и систем
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]