«НАБЛЮДЕНИЕ И ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ Под редакцией В.И. Купаева Рекомендовано Управлением учебных заведений и правового обеспечения Федерального агентства железнодорожного ...»

Фториды, которые вследствие растворимости в соляно-кислотном растворе попадают в организм главным образом через пищеварительный тракт, обладают ярко выраженным эффектом вымывания кальция из костей и снижения его содержания в крови. При вдыхании фториды поражают дыхательные пути, гидросульфид — роговицу глаз и дыхательные органы, вызывает головные боли. При высоких его концентрациях интоксикация такова, что может привести к летальному исходу. Весьма опасен и дисульфид углерода, яд нервного действия, он может вызвать психические расстройства. Острая форма отравления приводит к наркотической потере сознания. Некоторые металлы, особенно тяжелые, представляют опасность при вдыхании их паров или соединений. Чрезвычайно опасны для здоровья соединения бериллия. Диоксид серы и нитрозные газы сильно поражают дыхательные пути.

В целом считается, что более опасны долговременные воздействия малых концентраций, чем кратковременные, но высококонцентрированные.

Более того, на организм человека обычно действует не одно загрязняющее вещество, а несколько. Наблюдается даже суммарный эффект смеси загрязнений, причем каждое из них в отдельности может и не быть разрушительным. Короче говоря, поражающее действие может быть обусловлено как воздействием отдельного вещества, так и суммарным воздействием нескольких. В последнем случае может наблюдаться как увеличение поражающего действия, так и уменьшение, а иногда и полная его нейтрализация. В качестве примера синергетического эффекта или изменения конечного воздействия в результате независимого влияния нескольких вредных веществ можно привести независимое загрязнение атмосферы бериллием и фторидами. Наличие фторида ускоряет процесс в легких, инициируемый бериллием. Комбинация диоксида азота со смолоподобными веществами приводит к обострению рака легких. Легочные заболевания встречаются гораздо чаще, если атмосфера загрязняется диоксидом серы в сочетании с пылевыми выбросами. Мелкодисперсные частицы сажи могут адсорбировать бенз(а)пирены и заносить их в глубь легких, где, оставаясь длительное время, они могут привести к раку легких.

Наиболее опасны из множества химикатов, диспергируемых в атмосфере в малых и, казалось бы, безобидных концентрациях, альдегиды и кетоны. В малых концентрациях альдегиды часто оказывают раздражающее воздействие на органы зрения и обоняния, действуя в то же время как наркотик на центральную нервную систему. Ненасыщенные альдегиды по сравнению с насыщенными приводят к более тяжелым последствиям. Поражения нервной системы могут быть вызваны фенольными соединениями, тиолами (меркаптанами) и органическими сульфидами.

В регионах с высоким уровнем загрязнения атмосферы выявлено значительное количество временных и хронических изменений в организме человека вследствие названных разрушающих воздействий. Например, комбинация химически неактивных твердых частиц с такими газами, как диоксид серы, может привести к патологическим изменениям дыхательных путей, что выражается в их сужении и, следовательно, затрудненном дыхании. В конечном счете это может привести к астме и ее осложнениям. Сильно загрязненный воздух становится также причиной часто хронических бронхитов и роста некоторых инфекционных заболеваний, ослабленные функции органов дыхания ограничивают освобождение верхних дыхательных путей от бактерий и посторонних веществ. В регионах с сильно загрязненным воздухом могут наблюдаться также изменения в составе крови и замедленный рост костной ткани у детей. Например, была выявлена взаимосвязь эффектов комбинированного загрязнения атмосферы с заболеваниями пневмонией, раком легких и т.д. Известны данные о взаимосвязи уровня загрязнения атмосферы и смертности.

Воздействие промышленных выбросов на окружающую среду связано с возможным изменением качества атмосферного воздуха при технологических работах, работе дизельных генераторов, котельных и т.п.

Таким образом, мониторинг при строительстве и эксплуатации проектируемых объектов должен обеспечивать контроль качества воздуха.

Уже в конце прошлого века были зафиксированы рекордные ущербы для лесов, нанесенные промышленными выбросами. Эти данные — одни из самых ранних в информации о вредном воздействии промышленных загрязнений. Разрушительное воздействие на растительность проявилось в период интенсивного промышленного развития, поскольку растущие леса очень чувствительны к загрязняющим веществам — как твердым, так и газообразным, поступающим в воздух с промышленными выбросами.

Вредное воздействие промышленных выбросов проявляется обычно не в виде сильных повреждений от больших концентраций отдельных загрязняющих веществ, а в виде хронических повреждений древесины леса малыми концентрациями нескольких таких веществ. Помимо воздействия индивидуальных загрязнений весьма важный фактор — общее состояние атмосферы в промышленных районах.

Наиболее серьезный ущерб с отдаленными последствиями для производства национального продукта приносят выбросы пылевых частиц, диоксида серы и соединений фтора. Ущерб от оксидов азота и других вредных промышленных выбросов, который обычно проявляется только в состоянии листвы в непосредственный близости от источника выбросов, имеет существенно меньшие масштабы.

Выбросы твердых частиц, особенно золы на предприятиях энергетической промышленности, приводят к образованию пылевых слоев, ограничивающих процессы фотосинтеза. Более серьезен ущерб при воздействии некоторых типов пыли на почву. Например, с ростом рН почвы, сопутствующим длительному накоплению цементной пыли, нарушаются условия для роста пихт. Пыль от предприятий по переработке магнезита очень вредна тем, что соединения магния резко подавляют процессы вегетационного роста. Соединения фтора вызывают серьезные повреждения в лесистых районах. Они особенно опасны в газообразном виде (гидрофторид), поскольку корни поглощают меньшие количества фторидов, чем кора и зеленая масса.

';

Механизм интоксикации диоксидом серы весьма сложен. Загрязняющее вещество поступает в деревья через поры в листьях, а также через почки, кору и другие части. Поглощенный газ накапливается в кончиках листьев и иголок. При этом изменяется минеральный состав зеленой массы: увеличивается содержание кальция, калия, магния и железа, а хлорофилл разлагается.

Деревья, сбрасывающие листву, поглощают больше диоксида серы, чем вечнозеленые, но гораздо более устойчивы к его действию. Обычно концентрации диоксида серы до 1 мг/м3 не вызывают видимого ущерба для листьев, но могут привести к снижению содержания хлорофилла и преждевременному опаданию листьев. При более высоких концентрациях разрушение проявляется острее, что отражается в полном разложении хлорофилла и покраснении листьев.

Степень и характер повреждений вечнозеленых хвойных деревьев различается в зависимости от концентрации диоксида серы в воздухе.

Хронические повреждения характерны при концентрациях 0,3 мг/м3, что проявляется в преждевременной потере более старых иголок, снижении количества иголок вообще и, наконец, в отмирании дерева. В свою очередь, хотя иголки и не краснеют, количество хлорофилла в них резко уменьшается. При более высоких концентрациях (1 мг/м3) в воздухе диоксид серы вызывает резкие повреждения иголок, сопровождающиеся полным разложением хлорофилла, что приводит к их обесцвечиванию всего за несколько часов.

Подобные данные дают в большинстве случаев лишь приблизительную информацию, поскольку на чувствительность деревьев влияют не только концентрация загрязняющего вещества, но и природная среда местности. Для одного и того же типа деревьев в различных местностях токсичная концентрация загрязнения может изменяться весьма существенно. Так, повреждения сосновых лесов в регионе Рура (Германия) наблюдаются при средней концентрации диоксида серы 0,2 мг/м3 и более. Наиболее чувствительные образцы вечнозеленых деревьев могут поражаться долговременным воздействием диоксида серы при концентрациях всего 0,05-0,08 мг/м3. Рост древесины тормозится уже при среднегодовом содержании диоксида серы в атмосфере 0,03 мг/м3.

Разрушающее действие на деревья в лесу и культурные насаждения оказывают соединения фтора, которые чрезвычайно токсичны и, следовательно, вредны уже при очень незначительных концентрациях в воздухе. Наибольшее повреждение происходит при поглощении газообразного фтористого водорода из атмосферы листьями и корой, когда фтор накапливается в зеленой массе. Некоторые деревья обладают способностью воспринимать особенно высокие концентрации этого вещества.

Например, в сосновых иголках деревьев, расположенных в непосредственной близости от больших источников выбросов фторидных соединений наблюдали 20-40-кратное увеличение содержания фтора.

В число наиболее чувствительных к соединениям фтора деревьев входят ясень, ель и желтая сосна, менее чувствительны липа, бук и граб и, наконец, еще меньше акация, дуб, тис и можжевельник.

В радиусе 1-3 км от источников выбросов происходит снижение продуктивности лесной промышленности на 30-50%. Деревья не могут расти в непосредственной близости от больших источников выброса, они часто сохнут и погибают.

Помимо снижения продуктивности лесной промышленности суммарный эффект загрязнения атмосферы промышленными выбросами включает разрушение лесного почвенного слоя, что приводит к увеличению затрат на восстановление лесов. Вследствие интоксикации почвы и непосредственного воздействия выбросов многие высаженные деревья погибают. Восстановление лесов приходится проводить по нескольку раз либо добавлять в почву подкормку, внося одновременно с посадками удобрения, чтобы компенсировать ухудшившиеся условия. Кроме того, в результате обеднения почвы ухудшается качество производимой древесины, происходит преждевременная гибель деревьев, снижается эффект удобрения почвы за счет образования осадков и устойчивость лесных деревьев, например, к вредным насекомым. Ущерб, нанесенный лесам, приводит к усилению эрозии почвы в безлесных районах, снижению способности лесов удерживать воду и, следовательно, к нарушению баланса воды в регионе.

Как оказалось, даже малые концентрации оксидов азота в воздухе могут разрушать зеленую массу чувствительных растений. Считается, что оксиды азота оказывают на растения отрицательное воздействие даже тогда, когда повреждения не вполне очевидны. Применительно к зонам без выбросов не существует документальных данных о чистом хроническом ущербе. Для лесов, находящихся в непосредственной близости от заводов по производству азотной кислоты, установлено сильное повреждение зеленой массы. Считается, что совместное воздействие оксидов азота и других загрязняющих веществ, таких как диоксид серы, гораздо более опасно, чем воздействие только оксидов азота, причем суммарный эффект загрязняющих веществ усиливается от наложения их друг на друга. Таким образом, повреждения появляются при концентрациях, в несколько раз меньших, чем те, которые необходимы для проявления вредного воздействия каждого вещества.

Вредные воздействия выбросов в промышленных конгломератах и больших городах также проявляются в ухудшении условий существования зеленых насаждений в городах, что приводит к ухудшению условий жизни человека и росту стоимости содержания и обновления парков и садов.

Как правило, воздействие выбросов на почву и ее свойства крайне отрицательно с позиций сельского хозяйства и лишь случайно может проявиться положительно. В целом газообразные выбросы кислотного характера, такие как ди- и триоксиды серы, оксиды азота и гидрохлорид, вредны, поскольку они нейтрализуют щелочные компоненты в почве и, следовательно, приводят к ее закислению. За продолжительное время кислотность почвы возросла до такой степени, что ее приходится нейтрализовать известняком, чтобы предотвратить резкое ухудшение плодородности.

Почва также серьезно разрушается, если в нее попадают токсичные вещества, например соединения фтора и некоторые тяжелые металлы, которые впоследствии поглощаются корневой системой, разрушают ее, приводя к ухудшению произрастания и урожайности.

Однако если есть гарантия, что такие выбросы, как зола и пыль, не содержат токсичных веществ и водорастворимых загрязняющих веществ, то они оказывают благоприятное воздействие на почву. Это тот случай, когда сжигается уголь с высоким содержанием кальция, так как зола, содержащая кальций, нейтрализует кислотность почвы. Выбросы нетоксичной золы также могут улучшить свойства тяжелых, глинистых почв, воздействуя на их структуру.

Загрязняющие вещества отрицательно влияют на сельскохозяйственные растения: непосредственно — за счет поглощения загрязнений из воздуха зеленой массой, косвенно — из-за интоксикации почвы, откуда растения через корневую систему получают вредные вещества.

Хотя воздействие может быть и острым, чаще всего происходит хроническое повреждение вследствие длительного действия малых концентраций загрязнений. Поэтому меньше повреждаются однолетние растения и с возрастающей степенью поражения — дву- и многолетние.

Поглощение газообразных загрязняющих веществ зеленой массой приводит к поражению этих частей растений, снижению содержания хлорофилла, некротическим изменениям и отмиранию тканей. Сильное пылеосаждение приводит к накоплению пыли на зеленой массе и как следствие к ухудшению фотосинтеза.

Указанные отрицательные эффекты выбросов промышленных загрязнений сопровождаются существенными потерями национального продукта. Они ухудшают плодородие почв и произрастание растений, соответственно снижая урожайность и повышая затраты на раскисление почв известняком и минеральными удобрениями.

Степень повреждения сельскохозяйственных продуктов зависит не только от количества загрязнений, выброшенных в атмосферу, и их диспергирования в воздухе, т.е. от их концентрации в нижних слоях атмосферы, но и от других условий, при которых происходит воздействие загрязнений. Весьма важны температура, влажность, количество солнечного света, туманность и степень созревания растений. Наибольшие поражения выявлены в непосредственной близости от источников выбросов в направлении преобладающих ветров. Обычно в зависимости от высоты дымовой трубы, выбрасывающей отходящие газы, это происходит в радиусе 3-5 км от источника. С увеличением расстояния от источника выбросов степень повреждения значительно снижается.

Сельскохозяйственные культуры по-разному чувствительны к загрязняющим веществам. Например, в зоне 2-3 км от тепловых электростанций отмечено снижение урожайности вследствие воздействия выбросов диоксида серы и золы: рожь — 15-28 %; пшеница — 18-26; ячмень — 16-34; овес — 30-45; картофель — 17- 35; кормовые корнеплоды — 15-30; кукуруза — 25-50 и травы — 14-25 %.

Токсичные при очень малых концентрациях соединения фтора вызывают специфические повреждения и обусловливают появление весьма важных проблем. Если растения, подвергшиеся воздействию диоксида серы или оксидов азота, существенно теряют в качестве и питательных свойствах, сохраняя при этом некоторую полезность как корма для домашнего скота, то растения и сельскохозяйственная продукция из регионов с высоким уровнем выбросов соединений фтора могут оказаться токсичными для человека и животных, поскольку обладают способностью накапливать большие количества фтора, особенно в зеленой массе.

Разрушительное действие фтора проявляется в повреждениях зеленой массы. Острая степень отравления приводит к отмиранию листьев, хроническая — к накоплению фтора, общему омертвлению тканей и преждевременной гибели растения.

Растения различаются чувствительностью к фтору и способностью к его накоплению. Чрезвычайно чувствительны к фторсодержащим выбросам различные сорта клевера и кукурузы. К менее чувствительным относятся пшеница и рожь, к наименее чувствительным — табак и савойская капуста. Степень поражения зависит от множества факторов, таких как количество и масса выбросов, расстояние от источника, а также почвенные и климатические условия. В непосредственной близости от источников зафиксировано снижение урожайности кукурузы до %, клевера — до 50, сахарной свеклы — до 34, ячменя — до 37, пшеницы — до 25 %. Эти данные показывают, что урожайность сельскохозяйственных культур в непосредственной близости от источников выбросов может быть настолько ограниченной, что возделывание почвы в этих районах перестает быть целесообразным, особенно если учитывать, что продукция сохранившихся урожаев с повышенным содержанием фтора становится непригодной для употребления.

Под действием фторсодержащих выбросов трава на лугах претерпевает характерные изменения. При повышенных концентрациях фтора в атмосфере наименее стойкие виды трав погибают, что приводит к распространению более стойких видов, так что со временем они становятся преобладающими на подобных лугах.

Фруктовые деревья очень чувствительны к вредному воздействию соединений фтора, вызывающих повреждение листьев, общее ослабление растений, снижение их урожайности и даже гибель. При этом фрукты могут содержать значительные количества фтора, что приводит к невозможности их употребления в пищу.

Садовые цветы, такие как гладиолусы, тюльпаны, крокусы и лилии, особенно восприимчивы к повреждению соединениями фтора.

Воздействие загрязняющих промышленных выбросов на животных может быть как непосредственным, так и косвенным. Непосредственное воздействие вредных веществ из атмосферы, воспринимаемых организмом путем прямого контакта или при вдыхании, обычно не приводит к серьезным повреждениям, поскольку количество поглощенных загрязняющих веществ, независимо от того, газы это или пылевые частицы, сравнительно невелико. Гораздо серьезнее вторичное, косвенное воздействие, когда животные получают загрязняющие вещества с кормом. Загрязнения, накопившиеся в растительной пище, либо при непосредственном поглощении из воздуха, либо попавшие туда через корневую систему, поступают в пищеварительный тракт животных в значительно больших количествах, чем при прямом воздействии. Если содержание пыли в воздухе велико, то значительное количество ее может осесть на кормах и при скармливании попасть как в пищеварительный тракт, так и в легкие крупного рогатого скота. В районах с высоким уровнем загрязнения количество пыли, поступающее в пищеварительную и дыхательную систему, составляет приблизительно до 30-40 кг/мес.

Пыль действует главным образом как раздражитель системы пищеварения, а именно тканей желудка и кишечника. Острые частицы могут даже разрушать эти ткани. Раздражение тканей желудка может привести к увеличению выделения желудочного сока или, если пыль и зола содержат значительные количества растворимых щелочных соединений, к понижению кислотности в желудке, что также разрушает систему пищеварения.

В непосредственной близости от больших источников выбросов пыли пасущийся крупный рогатый скот в больших количествах вдыхает ее, что за длительный период накопления этой пыли в легких может привести к силикозу.

Воздействие пылевых и газовых выбросов, а также веществ, накопившихся в кормах и растениях, создает более серьезную ситуацию, если эти вещества растворимы в воде или желудочном соке. Вредные вещества могут разноситься при этом по организму в различные его части, нарушая их функционирование или даже нанося им ущерб. Например, потребление кормов, содержащих мышьяк или его соединения, приводит к диарее, потере веса, слабости, выпадению шерсти и сухости кожных покровов. Потребление крупным рогатым скотом меньших доз мышьяка сопровождается потерей аппетита, медленным набором веса и снижением надоев. Аналогичные эффекты, особенно потеря веса и выпадение шерсти, наблюдались у оленей и кроликов. Пчелы чрезвычайно чувствительны к очень малым количествам мышьяка, и в регионах с повышенными выбросами мышьяка от промышленных источников наблюдалось их вымирание. Это обусловливает не только сокращение производства меда, но и снижение урожайности из-за отсутствия опыления. Как правило, можно довольно просто определить наличие этого загрязняющего вещества, поскольку потребляемый крупным рогатым скотом мышьяк частично попадает в молоко и накапливается в шерсти.

Фтор и его соединения — высокотоксичные загрязняющие вещества, также приводящие к большим экономическим потерям. Острые отравления, хотя они и весьма редки, приводят к уменьшению веса и надоев крупного рогатого скота, диарее, ослаблению мышечной деятельности и гибели. Гораздо чаще в результате потребления кормов, содержащих соединения фтора, происходит хроническое отравление — флюороз. Симптомами его служат потеря аппетита и веса, снижение надоев, замедленный рост и дефекты формирования зубов: эмаль разрушается и приобретает желтый или коричневый цвет. Утрата зубной эмали приводит к неравномерному истиранию поверхностей зубов и может сопровождаться их разрушением до самых корней. Подобное разрушение зубов — характерная особенность флюороза. При этом в промышленных регионах необходимо учитывать совместное воздействие ряда компонентов промышленных выбросов. Индивидуальное воздействие соединений фтора в районе 10-20 км вокруг источника загрязнения.

Наиболее сильно поражается крупный рогатый скот. В зависимости от степени загрязнения и особенностей загрязняющих веществ, содержащихся в промышленных выбросах, наблюдаются силикоз, потери среднего веса, замедленное созревание, снижение надоев, рост самопроизвольных выкидышей, что в сумме составляет значительные экономические потери. Для сокращения потерь, помимо снижения выбросов, может быть предпринят ряд мер. Количество пыли в высушенных кормах можно понизить за счет искусственной сушки, устанавливая в хранилищах воздуходувки для сена, что позволит отделить значительное количество пыли. Можно сократить пастбищный период в загрязненных регионах, промывать кормовые корнеплоды и картофель, добавляя корма, полученные из районов, не загрязненных выбросами, а также повышая долю кормового зерна в рационе.

Коррозия. Она имеет серьезные экономические последствия. Для защиты от атмосферной коррозии необходимы существенные затраты. Загрязнение атмосферы некоторыми промышленными выбросами может значительно усилить эффекты коррозии. Кислотные газы, такие как диоксид серы, оксиды азота и гидрохлорид, заметно усиливают атмосферную коррозию стальных конструкций и металлических материалов. Эти вещества образуют с влагой атмосферы соответствующие кислоты, ускоряющие как химическую, так и электрохимическую коррозию. Срок службы органических материалов (резины, пластмасс, красителей) резко сокращается, особенно при действии окислителей, таких как озон, хлор и оксиды азота.

Существует два типа механизмов ускорения коррозии металлов.

Первый — действие кислотных компонентов на корродирующие металлы с образованием оксидов или гидроксидов, например, меди, цинка, кадмия, свинца и последующим их переходом в основные или средние соли соответствующих металлов. Поскольку продукт коррозии представляет собой соединение, образованное катионом металла и анионом компонента промышленного выброса (сульфат-, нитрат-, хлорид-ион), количество корродированного металла может соответствовать лишь эквивалентному количеству анионов загрязняющего вещества, вступивших в контакт с поверхностью.

Если в чистом воздухе, даже при повышенной влажности, железо корродирует медленно, то кислотные компоненты промышленных выбросов резко повышают скорость этого процесса. При этом механизме коррозии происходит образование солей на поверхности железа, которые гидролизуются с образованием гидроксидов (ржавчины и соответствующего аниона). При этом высвобождающиеся ионы ускоряют коррозию и оказывают повторное корродирующее воздействие. Следовательно, одна молекула может привести к коррозии значительно большего количества железа, чем то, которое соответствует ей по химическому эквиваленту.

Диоксид серы повышает коррозионное воздействие атмосферы на стальные и железные конструкции. Даже минимальные количества его в воздухе ускоряют процесс коррозии. При этом не столь важна его концентрация в воздухе, сколько количество, адсорбированное единицей площади поверхности. Железо, покрытое ржавчиной, обладает повышенной способностью поглощать диоксид серы. Аналогичным образом оксиды азота повышают коррозионную активность атмосферы, поскольку в сочетании с влагой дают азотную кислоту. Даже незначительные количества нитратов в воздухе вызывают коррозию меди и латуни (телефонные кабели, электродвигатели и т.д.).

Гораздо сложнее механизм действия определенных компонентов промышленных выбросов на органические полимеры.

Система мониторинга атмосферного воздуха создается во исполнение Федерального закона «Об охране атмосферного воздуха» от 22.08.2004 г. № 122-ФЗ, ГОСТ 17.2 3.02-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов», Положения о Федеральной службе по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и других нормативных документов.

Информация заинтересованных государственных органов, общественных организаций и населения о содержании вредных веществ в воздушном бассейне осуществляется на основе регулярных наблюдений на сетях Росприроднадзора и Ростехнадзора в системе Государственной службы наблюдений за состоянием окружающей природной среды (ГСН) (утверждена постановлением Правительства РФ от 23.08.2000 г.

№ 622). Базовую основу деятельности ГСН составляют: наблюдательная сеть, информационно-аналитические и прогностические подразделения Росприроднадзора и Ростехнадзора.

Территориальные управления федеральных служб Росприроднадзора и Ростехнадзора, их гидрометцентры и лаборатории проводят мониторинг загрязнения атмосферы, сбор и обработку информации, готовят информационные документы и передают их всем заинтересованным организациям.

При проведении наблюдений за загрязнением атмосферы используются основные принципы: регулярность получения информации, единство программ и методов, репрезентативность наблюдений.

В рамках ГСН характеристики загрязнения атмосферы определяются одновременно с необходимыми для их интерпретации метеорологическими показателями (РД 52.04.186-89). ГСН входит в Глобальную систему мониторинга окружающей среды (ГСМОС).

Служба государственного мониторинга охраны окружающей среды работает на трех уровнях: посты и станции наблюдения, где происходит сбор и первичная обработка информации; территориальные, региональные, ведомственные центры по обработке информации. Обобщенная информация передается по назначению в заинтересованные организации.

В соответствии с задачами промышленной гигиены методы исследования воздушной среды должны быть адекватны гигиеническим нормативам и отвечать высоким требованиям по чувствительности, избирательности, точности и другим показателям.

В настоящее время эти требования унифицированы и включены в ГОСТы.

Контроль за уровнем загрязнения атмосферы — мониторинг атмосферного воздуха (МАВ) необходим для оценки состояния загрязнения атмосферы (ЗА) вредными веществами в санитарно-защитной зоне (СЗЗ) объекта, в зоне влияния объекта и инфраструктуры, вокруг подъездных путей и путепроводов, а также в близлежащих населенных пунктах, попадающих в проектную зону возможного влияния объекта и инфраструктуры. В дополнение к контролю атмосферного воздуха организуется система наблюдений за химическим составом атмосферных осадков и снежного покрова При разработке методов контроля за содержанием токсических веществ в воздухе необходимо руководствоваться ГОСТами.

Основные требования ГОСТов:

1) степень поглощения вредного вещества из воздуха фильтром или поглотителем (жидким или твердым) должна быть не менее 95 %;

2) погрешность в измерении объема отобранной пробы воздуха не должна превышать 10 %;

3) при определении количества вредного вещества в отобранной пробе допускается погрешность до 10%;

4) максимальная суммарная погрешность при определении вредного вещества в воздухе не должна превышать 25 %;

5) чувствительность метода (предел обнаружения, мг/м3) должна обеспечивать определение вредного вещества на уровне 0,5 предельнодопустимой максимально разовой концентрации загрязнений в воздухе населенных мест при длительности отбора не более 30 мин;

6) избирательность метода должна обеспечивать достоверное определение анализируемого вещества в присутствии сопутствующих примесей;

7) при анализе не допускается использование технических образцов без специальной их очистки;

8) реактивы и препараты используются в соответствии с их ГОСТами;

9) аппаратура и приборы, используемые для санитарно-химического контроля, подлежат проверке и тарировке в установленном порядке и в строго установленные сроки.

Инструментальные методы анализа, обеспечивающие высокую чувствительность определения, избирательность определения компонентов в смесях, а также высокую точность и объективную регистрацию результатов (табл. 2.4).

Как видно из табл. 2.4, наиболее высокой чувствительностью обладают методы газовой хроматографии.

Согласно РД 52.04.306-92 при неблагоприятных метеоусловиях, когда увеличивается уровень загрязнения атмосферы выше санитарно-гигиенических нормативов, потребуется передавать штормовые предупреждения на объект. В этом случае организуется отбор проб и их анализ каждые три часа.

Санитарно-химический анализ состояния воздушной среды слагается из двух последовательных этапов: отбора пробы, выполняемого непосредственно на производстве, и количественного определения Пределы обнаружения веществ для некоторых инструментальных УФ-спектрофотометрия ИК-спектрометрия Атомная абсорбиция Пламенная фотометрия Эмиссионная спектрометрия Люминесцентный анализ Полярография Тонкослойная хроматография Газовая хроматография:

с пламенно-ионизационным детектором с электронно-захватным детектором Нейтронно-активационный анализ вещества в отобранной пробе. Правильность выбора способа отбора проб в первую очередь определяется агрегатным состоянием вещества в воздушной среде. В обычных условиях в виде газов в воздухе присутствуют вещества в газообразном состоянии (аммиак, дивинил, озон и др.).

В парообразном состоянии находятся вещества, представляющие собой жидкости с температурой кипения до 230-250°С. В эту весьма обширную группу входят органические растворители (ароматические углеводороды, хлорированные алифатические углеводороды и др.), низшие ациклические спирты, кислоты и т.д. В виде паров в воздухе присутствуют также некоторые твердые вещества, обладающие сравнительно большой летучестью (гексаметилендиамин, йод, камфара, нафталин, фенол и др.).

Некоторые высококипящие жидкости и умеренно летучие твердые вещества в зависимости от условий производства (ведение технологического процесса с нагреванием и без нагревания) и способов применения могут находиться в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей (например, когда пары, выделяющиеся в воздух при высоких температурах, охлаждаются).

Пары в значительной мере конденсируются, образуя аэрозоль конденсации (дибутилфталат, диметилтерефталат, капролактам и др.). Одновременное присутствие паров и аэрозолей возможно также при значительной летучести дисперсной фазы аэрозоля, образующегося при распылении растворов или твердых веществ (например, в процессах пульверизационной окраски).

Для предварительной оценки загрязнения воздуха парами летучих и мало летучих соединений необходимо располагать данными о летучести этих веществ.

Летучесть — это максимальная концентрация паров, выраженная в единицах массы на объем при данной температуре. Летучесть (мг/л) можно рассчитать по формуле:

где р — упругость насыщенного пара приданной температуре, мм рт. ст.;

М — молекулярная масса вещества;

t — температура, °С.

Если летучесть вещества (например, серной кислоты и др.) при 20°С значительно ниже ПДК (в 10 раз и более), то наличием паров в воздухе можно пренебречь. Отбор проб в этом случае проводят лишь для определения содержания аэрозоля. В то же время при значительном превышении ПДК (в 50 раз и более) пробы отбирают только для определения содержания паров.

В условиях производства температура воздуха может колебаться. С изменением температуры среды изменяются упругость насыщенного пара и, следовательно, летучесть вещества. В связи с отсутствием в ряде случаев сведений об упругости паров в справочной литературе предложена формула расчета ориентировочной упругости насыщения паров при различных температурах.

Формула (2.2) выражает корреляционную связь между температурой кипения веществ, относящихся к различным классам соединений, упругостью насыщенного пара и температурой внешней среды.

где Рt — упругость насыщенного пара (мм. рт. ст.) при t;

tкип — температура кипения вещества;

t — температура окружающей среды.

Зная упругость пара, можно рассчитать летучесть вещества с погрешностью до 30-40 %. Таким образом, по температуре кипения вещества можно вычислить упругость насыщенного пара при различных температурах воздуха, а по отношению насыщающей воздух концентрации к ПДК — оценивать потенциальную опасность загрязнения воздушной среды.

В условиях производства при наличии воздухообмена за счет естественной и принудительной вентиляции фактическая концентрация паров токсических веществ оказывается значительно ниже их летучести.

Система контроля источников загрязнения атмосферного воздуха включает:

• разработку нормативно-технической документации;

• создание или выбор методов и технических средств контроля;

• контроль за выбросами загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу и соблюдением нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ);

• сбор, обобщение, анализ и выдача рекомендаций;

• документирование и хранение информации о выбросах.

Контроль загрязняющих веществ от источников железнодорожного транспорта.

По данным статистической отчетности, на железных дорогах в г. зарегистрировано 46 497 источников выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух (табл. 2.5). В настоящее время общее количество источников загрязнения на железных дорогах изменилось незначительно.

Экологические характеристики некоторых загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от источников железнодорожного транспорта (соляная кислота) 0906 Углерод четыреххлори- 2 4,000 0, 0330 Ангидрид сернистый (се- 3 0,500 0, ры диоксид) 2902 Взвешенные вещества 3,000 0,500 0, риловой кислоты 2907 Пыль неорганическая, со- 3 0,150 0, держащая SiО2 > 70% 2908 Пыль неорганическая, со- 3 0,300 0, держащая 20-70 % SiО 2909 Пыль неорганическая, со- 3 0,500 0, держащая < 20 % SiО предельных С6-С В соответствии с требованиями территориальных органов МПР России контроль за выбросами железнодорожными предприятиями загрязняющих веществ от теплоэнергетических установок — котельных, горнов, пескосушилок, за выбросами пыли, твердых веществ и углеводородов выполняются инструментальными методами.

Допускается контроль за выбросами расчетным методом для источников, масса выбросов которых находится в пределах установленных ПДВ, когда отсутствуют приборы и оборудование для аналитического определения.

Периодичность контроля загрязняющих веществ определяется в соответствии с российским стандартом контроля источников загрязнения атмосферы ОНД-90.

Не реже одного раза в год проводят контроль источников загрязняющих веществ III и IV классов опасности, а также веществ I и II классов опасности при условии соблюдения неравенства где М — максимальный массовый выброс загрязняющих веществ из источника загрязнения, г/с;

ПДКр — разовая предельно допустимая концентрация, мг/м3;

Н — высота источника загрязнения, м.

Один раз в три месяца проводится контроль выбросов источников загрязнения атмосферы, для которых выполняются неравенства:

где Смакс — максимальная разовая концентрация загрязняющих веществ при неблагоприятных метеорологических условиях, мг/м3.

Два раза в год проводится контроль источников загрязнения, для которых выполняются неравенства:

Контроль за выбросами загрязняющих веществ тепловозов проводят в локомотивных депо на пунктах экологического контроля (ПЭК).

Они предназначены для реостатных испытаний тепловозов и оснащены оборудованием для контроля выбросов вредных газовых примесей в атмосферу. В пункте экологического контроля действует автоматическая система управления, регулировки и диагностики тепловозов (система AL-030 серий 03 или 04) и комплексная система измерения токсичности отработавших газов тепловозных двигателей «Тест-1(2)К».

Система AL-030 предназначена для сбора и обработки всех видов измерений, контроля и управления при испытаниях, диагностики и регулировки тепловозов серии 4М-3, 2ТЭ10 со специализированным обеспечением, система «Тест-1(2)К» — для непрерывного автоматического контроля состава отработавших газов дизелей односекционных тепловозов при реостатных испытаниях на пунктах экологического контроля. Эта система позволяет контролировать концентрации NOx(NO+NО2) или NO, CO, CО2. Она состоит из выдвижных модулей стандартного формата. Каждый анализатор может быть использован в составе системы и автономно.

В состав обогреваемого модуля подготовки пробы для анализа входят насос, фильтры грубой и тонкой очистки, охладитель с системой удаления конденсата, системная и контрольная арматура.

Максимальная пропускная способность ПЭК — 12 секций в сутки.

Одновременно одна бригада может проводить испытания 4 секций тепловоза. ПЭК позволяют улучшить экологические показатели тепловозов и снизить штрафы за загрязнение окружающей среды (Приложение 9).

Для замеров на объектах железнодорожного транспорта может организовываться служба контроля выбросов, подчиненная руководству объекта. Ответственность за правильную организацию измерений количества выбросов в атмосферу возлагается на руководство объекта. Численность и структура подразделения по контролю за вредным воздействием на атмосферный воздух определяется руководителем объекта железнодорожного транспорта в зависимости от объема и сложности работ.

Организация анализа проб. Согласно рекомендациям РЖ 52.04.186-89 существует четыре типа химических подразделений:

1) группа или лаборатория наблюдений за загрязнением атмосферы;

2) кустовая лаборатория или группа наблюдений за загрязнением атмосферы;

3) централизованные лаборатории различной специализации;

4) специализированные лаборатории научно-исследовательских учреждений.

Группы или лаборатории наблюдений за загрязнением атмосферы проводят химический анализ проб воздуха, отобранных на постах в том же городе, с целью определения содержания основных и наиболее распространенных специфических примесей.

Кустовые лаборатории или группы выполняют анализ проб, отобранных на постах в других городах и пересыпаемых в кустовые лаборатории рейсовым транспортом. В этих лабораториях делают также химический анализ, который невозможен в лабораториях первого типа.

Централизованные специализированные лаборатории обеспечивают многокомпонентный (спектральный, хроматографический и др.) анализ на определенную группу веществ (металлы, органические соединения и пр.), газовых проб и аэрозольных фильтров, отобранных в ряде городов на территории одного или нескольких управлений по гидрометеорологии.

Специализированные лаборатории НИИ выполняют детальный анализ проб воздуха для определения содержания тех веществ, анализ которых невозможен в сетевых подразделениях.

Объектом железнодорожного транспорта составляется программа периодичности измерения выбросов от источников, как в пределах суток, так и в течение года. Ответственность за правильность выбора точек отбора проб несет начальник службы контроля или лицо, его замещающее на данном объекте. Для стационарных технологических процессов время непрерывного контроля (продолжительность отбора проб) концентраций загрязняющих веществ (ЗВ) должно составлять не менее одного часа, для циклических технологических процессов — не менее трех периодов цикличности процесса, но не менее одного часа.

Категория и количество постов, их расположение на исследуемой территории. Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы проводятся на постах трех категорий: стационарные, маршрутные, передвижные (подфакельные).

Исследования качества атмосферного воздуха проводятся по фиксированной сети точек измерений — стационарные посты — на территории объекта. Контроль следует проводить непосредственно на источниках выбросов, в специально выбранных контрольных точках на границе санитарной защитной зоны по фактическому загрязнению.

Санитарно защитная зона (СЗЗ) вокруг объекта железнодорожного транспорта определяется в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01.

Достаточность ширины СЗЗ по принятой классификации подтверждается выполненными расчетами рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере по методике ОНД-86 при разработке предельно-допустимых выбросов. На основе этих данных определяются точные границы СЗЗ.

Сеть постов слежения за состоянием атмосферного воздуха должна располагаться до границы данной зоны и фиксировать концентрации всего перечня определяемых веществ. На границе данной зоны концентрация загрязняющих веществ не должна превышать ПДК. Сеть пунктов наблюдения позволяет прогнозировать дальнейшее изменение окружающей среды.

При организации контроля за соблюдением нормативов ПДВ определяются категории источников выбросов каждого вредного вещества, т.е. категория устанавливается для сочетания «источник — вещество»

для каждого источника с каждым выбрасываемым им загрязняющим веществом.

При определении категории выбросов рассчитываются параметры, характеризующие влияние выбросов на загрязнение атмосферного воздуха объекта железнодорожного транспорта.

Устанавливается следующая периодичность контроля за соблюдением нормативов предельно допустимых выбросов:

1-я категория — один раз в квартал при каждом режиме выброса из источника, учтенном в нормативе ПДВ;

2-я категория — один раз в год при каждом режиме выброса из источника, учтенном при разработке нормативов ПДВ;

3-я категория — один раз в 2 года при каждом режиме выброса из источника, учтенном при разработке нормативов ПДВ;

4-я категория — один раз на период отчетности расчетного периода.

Для промышленных площадок объектов железнодорожного транспорта на картах производственно-экологического контроля, как правило, указываются: пункты контроля и отбора проб, источники выброса и границы СЗЗ, а также наложение границ СЗЗ на объекты железнодорожного транспорта.

На стационарных постах экологического контроля анализ атмосферного воздуха выполняется раз в квартал в периоды наиболее интенсивных выбросов в атмосферу. Отбор проб проводится в пяти фиксированных точках в рабочей зоне, на границе санитарной зоны и на границе расчетного разноса примесей от источника загрязнения (уровень загрязнения 1 ПДК). Предусматривается также отбор нескольких проб в контрольных точках, не затронутых механическим воздействием объекта.

При наблюдениях за уровнем загрязнения атмосферы могут использоваться следующие режимы отбора проб:

1) разовый, продолжающийся 20-30 мин;

2) дискретный, при котором в один поглотительный прибор или на фильтр через равные промежутки времени в течение суток отбирают несколько (от 3 до 8) разовых проб;

3) суточный, при котором отбор в один поглотительный прибор или фильтр производится непрерывно в течение суток.

Пробы атмосферного воздуха отбирают на стационарных или передвижных постах, укомплектованных специальным оборудованием и автоматическими газоанализаторами для непрерывного определения концентрации вредных примесей. Одновременно непрерывно измеряются скорость и направление ветра, температура воздуха, атмосферное давление, влажность и снимаются характеристики подстилающей поверхности.

На случай неблагоприятных метеорологических условий (НМУ), в результате которых концентрации вредных веществ в приземном слое увеличиваются до опасных уровней, служба контроля за выбросами разрабатывает планы специальных мероприятий по контролю за выбросами.

Выбросы контролируются инструментально-лабораторным способом по результатам анализа фактического загрязнения атмосферы. В число обязательных контролируемых веществ входят:

- нефтяные углеводороды;

- твердые частицы;

- оксиды азота;

- диоксид серы;

- оксиды углерода;

При организации и проведении контроля за выбросами в атмосферу необходимо руководствоваться требованиями российского стандарта ОНД-90 «Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы» (Санкт-Петербург, 1992).

Передвижная станция наблюдения и контроля может использоваться для отбора и анализа около 100 проб воздуха по перечисленным ингредиентам.

Помимо контроля загрязнения атмосферного воздуха программа мониторинга включает комплекс метеорологических измерений. Сроки отбора проб воздуха при подфакельных наблюдениях должны обеспечить выявление наибольших концентраций примесей, связанных с особенностями режима выбросов и метеорологических условий рассеивания примесей, и они могут отличаться от сроков наблюдений на стационарных постах.

Метеорологические измерения целесообразно проводить регулярно с периодичностью 3 ч в течение всего периода мониторинга. В состав измеряемых величин включаются:

- скорость и направление ветра;

- температура и относительная влажность воздуха;

- атмосферное давление;

- продолжительность светлого времени суток;

- количество осадков;

- радиационная обстановка.

Для нужд экологического контроля, а также для метеорологического обеспечения работ, вблизи объектов может оборудоваться метеорологический пост. Результаты наблюдений систематически вводятся в компьютер для их учета при камеральной обработке мониторинговых наблюдений. Пункты контроля загрязнения снежного покрова по возможности совмещаются с пунктами контроля атмосферного воздуха. При обследовании вблизи дорог пробы снега отбираются на расстоянии 30- м от края дороги.

Помимо размещения сети стационарных и подвижных постов на территории региона возможно открытие станции комплексного фонового контроля состояния окружающей среды (СКФМ) категории «региональная». Главная цель такой станции будет заключаться в обнаружении долгопериодных колебаний атмосферных составляющих, обусловленных изменениями ландшафта и другими антропогенными воздействиями.

2.3. Контроль загрязненности поверхностных вод Поверхностные воды — компонент природной среды, которому в рамках локального экологического мониторинга необходимо уделить особое внимание. Загрязнение расположенного вблизи объекта железнодорожного транспорта отдельного участка реки, ручья, проточного озера или другого водного объекта может распространяться на значительные расстояния, в результате чего могут пострадать уникальные биоценозы водного объекта (рис. 2.2).

Водные объекты служат хорошим индикатором антропогенного влияния для всего комплекса техногенных процессов, происходящих на их водосборных площадях, включая эрозию почв, загрязнение грунтовых вод и осаждение аэрозолей токсичных веществ.

В ряде стран созданы сети для наблюдения за количеством и качеством поверхностных и подземных вод. В нашей стране также существуют государственные и ведомственные сети. Анализ опыта их работы позволил сформулировать цель и задачи создания системы контроля состояния водных объектов.

Цель создания системы контроля водных объектов — информационное обеспечение управления качеством окружающей среды региона.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач:

• установление уровней показателей состояния;

• оценка экстремумов;

• поиск предприятий и организаций, вызывающих опасное загрязнение водной среды.

Рис. 2.2. Схема поступления загрязнений, выбрасываемых в гидросферу, в организм человека (в случае выбросов нерадиоактивных веществ из схемы следует исключить внешнее --облучение и его влияние на человека) Объекты контроля выбираются исходя из интереса к водным объектам, которые свойственны населению любого крупного города. Географически они охватывают территории региона и даже выходят за его пределы. Каждый из них обладает достаточной самостоятельностью и целостностью, т.е. может рассматриваться как система.

Водные объекты региона:

• источники водоснабжения;

• станции водоподготовки;

• системы подачи и распределения воды;

• регулирующие узлы;

• системы водоотделения;

• канализационные насосные станции;

• станции очистки сточных вод;

• водные объекты в черте города;

• системы сбора и отвода поверхностных вод.

Главные объекты контроля представляют собой сложные природнотехнические, а в некоторых случаях технические системы. Они рассматриваются как водные объекты, данные самой природой или в связи с природными объектами. Для объектов, которые еще сохранили близость к природным условиям, принимается во внимание физикогеографические и геологические факторы формирования химического состава воды. Существуют природные водные объекты, на которые человек влияет примерно так же, как и сотни лет назад. Такие объекты можно считать эталонами, состояние которых наряду с нормативными документами определяет, к чему следует стремиться в процессе управления качеством окружающей среды.

Одним из основных принципов, на которых будет основано проектирование мониторинга водных объектов, выбран принцип единства природных вод, что предполагает в качестве конечного результата сеть наблюдений за атмосферными, поверхностными и подземными водами.

В основу проектирования сети пунктов наблюдений на источниках водоснабжения положены методы и результаты водохозяйственного районирования. Такие методы разрабатывались уже в 1950-е гг. институтом «Гидропроект» и получили завершение в 1980-е гг. в работе Института водных проблем АН СССР. Водохозяйственное районирование СССР было разработано объединением «Союзводопроект». При водохозяйственном районировании используется бассейново-территориальный принцип, и речные бассейны делятся на подрайоны, называемые также водохозяйственными участками. Водохозяйственные участки ограничиваются расчетными створами и представляют собой части основного бассейна.

Расчетные створы выбраны в местах пересечения рекой границ административных образований или экономических районов (иногда на границах субъектов Федерации); в створах существующих и запроектированных гидротехнических сооружений на реке; в устьях крупных притоков, на водозаборах крупных существующих или запроектированных систем отопления, водоснабжения и канализации; в замыкающем створе основной реки. Таким образом, они способны, с одной стороны, обеспечить информацией руководство, как субъектов Федерации, так и страны в целом, а с другой — служат важным инструментом определения гидрологических режимов гидротехнических сооружений.

Водохозяйственные системы обладают двумя главными свойствами:

пропускной способностью (проницаемостью, расходом) и емкостью.

Основная часть расхода определяется возможностями русел ручьев, рек, каналов, труб и других водопроводящих трактов. Основная же часть емкости сосредоточена не в водотоках и водохранилищах, а в подземных резервуарах, т.е. в горизонтах подземных вод, связанных с поверхностными водами сложными, нелинейными отношениями. Кроме того, для водопроводящих трактов при подходящем выборе масштаба характерны сосредоточенные источники загрязнений, а для подземных вод — рассредоточенные.

В процессе экологических исследований устанавливаются фоновые уровни загрязнения этих водных объектов.

Контроль состояния водных объектов включает отбор проб воды и донных отложений по фиксированной сети точек. Точки пробоотбора располагаются с таким расчетом, чтобы получаемая при анализе проб информация была репрезентативна для контролируемого водоема. Период отбора проб выбирается таким образом, чтобы зафиксировать максимальный уровень возможного загрязнения водной толщи (например, после таяния льда). При таком мониторинге контролируется состояние прибрежной акватории моря и залива и поверхностных водоемов (озера и болота), водная толща которых может быть затронута стоками или сбросами.

Лабораторный анализ проб воды:

а) водная толща:

- физические свойства;

- солевой состав;

- кислотность, растворенные газы;

- биогенные элементы;

- взвешенные вещества и частицы;

- нефтяные углеводороды;

- металлы;

- пестициды;

- фенолы;

- биологическое потребление кислорода (БПК);

- химическое потребление кислорода (ХПК);

- микробиологические показатели;

б) донные отложения:

- нефтяные углеводороды;

- металлы;

- пестициды.

Контроль состояния поверхностных вод проводится на реках и озерах в пунктах наблюдений ежеквартально по сезонам (зимой, весной, летом и осенью) по гидрологическим, гидрохимическим, микробиологическим и гидробиологическим показателям.

По гидрологическим показателям контролируются уровень воды, ее температура, взвешенные вещества, расход воды, скорость течения (только для рек).

По гидрохимическими микробиологическим показателям — величина кислотности, содержание ионов SO2, Cl-, Са2+, Mg2+, О2, химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК), NH4+, NО2- NO3-, фосфор фосфатный, нефтяные углеводороды, тяжелые металлы (Fe, Mn, Сu, Zn, Pb, Cd).

По гидробиологическим показателям — полная программа контроля предусматривает по фитопланктону: общую численность клеток, общее число видов, общую биомассу, численность основных групп, число видов в группе, массовые виды и виды — индикаторы сапробности (наименование, % от общей численности, сапробность).

Ежемесячные гидрологические наблюдения по сокращенной программе проводят по следующим показателям: гидрологическим — расход воды и скорость течения (на водотоках) или уровень воды (на водоемах), гидрохимическим — температура воды, концентрация растворенного кислорода, водородный показатель, концентрация взвешенных веществ, удельная электропроводность, химическое потребление кислорода, биохимическое потребление кислорода, концентрация всех загрязняющих веществ.

Ежеквартальные наблюдения позволят учесть сезонную изменчивость контролируемых показателей как наиболее характерную компоненту колебаний параметров состояния водных объектов, ежемесячные наблюдения — более «высокочастотные» составляющие этих колебаний, которые часто генерируются антропогенными воздействиями.

Данные наблюдения также дадут возможность довольно быстро накопить количество измерений для составления обоснованных прогнозов по изменениям временных рядов.

Наблюдения за состоянием поверхностных вод проводят на реках, ручьях, озерах с учетом специфики предполагаемого техногенного воздействия, требований ГОСТа 17.1.3.07-82 «Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков» и Методических указаний по принципам организации системы наблюдений и контроля качества воды водоемов и водотоков на сети Росгидромета в рамках ОГСНК.

Согласно ГОСТ 17.1.3.07-82 наблюдения на водотоках ведутся на двух створах: фоновом и контрольном. Фоновый створ располагают на удалении 1 км выше по течению от контролируемого источника загрязнения водной среды, контрольный — на 0,5 км ниже по течению.

Применительно к условиям рассматриваемого района пробы воды должны отбираться с поверхностного горизонта на одной вертикали (по середине водотока), пункты контроля состояния поверхностных вод должны располагаться с учетом переноса и пространственной ориентации источников загрязнения исследуемого водотока. Минимальное количество пунктов для одного контролируемого объекта железнодорожного транспорта (точечного источника или их группы) должно быть не меньше трех. В водоемах контрольный створ (вертикаль) располагают на удалении 0,5 км от контролируемого техногенного источника по оси предполагаемого распространения загрязненных вод, а фоновый — в не подверженной загрязнению части водоема.

Согласно указанным нормативно-методическим документам пробы необходимо отбирать 7 раз в год: на подъеме, пике и спаде половодья, в летнюю межень, в период осеннего дождевого паводка и в зимнюю межень. Подобный подход адаптирован к составлению гидрохимических прогнозов на основе прогнозирования стока (водности) исследуемых водных объектов. Для повышения точности гидрохимического прогноза в первые годы мониторинга рекомендуется в комплексе с пробоотбором выполнять гидрометрические наблюдения за расходом (уровнем) воды водотоков и водоемов.

Донные отложения на водных объектах, отбираются на тех же вертикалях, где проводится отбор проб воды. Пробы донных отложений отбираются один раз в год (в летний период).

Отбор проб воды осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.5.05-85 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков», донных отложений — в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.5.01-80 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность».

В прибрежной зоне контролируемого водного объекта на створе для отбора проб воды ставится знак с наименованием поста и предупреждением о недопустимости каких-либо работ и других действий, не имеющих отношения к экологическому мониторингу.

Химический анализ проб воды и донных отложений в сертифицированных лабораториях. Некоторые виды химического анализа воды в полевых условиях выполняются по методикам, разрешенным к применению для целей государственного экологического контроля.

Согласно ГОСТ 17.1.3.12-86 на реках устанавливаются фоновые пункты. Если источник размещается на значительном удалении от водотока, то отсчет контрольного расстояния ведут от нижнего створа участка, куда наиболее вероятно попадание большого количества загрязняющих веществ с талыми, дождевыми водами или при разгрузке грунтовых вод в меженные периоды. Второй основной контрольный пункт располагается, как правило, на реке выше водозабора. При наличии на контролируемой территории двух крупных источников загрязнения поверхностных вод, располагающихся вдоль водотока на удалении более 1 км, к вышеуказанным пунктам добавляется еще один основной контрольный пункт. Третий (замыкающий) контрольный пункт располагается в устье реки. Данные мониторинга по последнему пункту служат интегральным показателем процессов, происходящих по всей площади водного бассейна, охваченной техногенным воздействием. В каждом створе на водотоке устанавливаются одна вертикаль (на стержне водотока) и один горизонт на ней.

Анализ проб воды и донных отложений на всех пунктах мониторинга проводится по полной программе согласно ГОСТ 17.1.3.07-82, на основном контрольном пункте дополнительно — по сокращенной программе.

В донных отложениях нужно определять следующие показатели: гранулометрический состав, общее содержание нефтяных углеводородов, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), соединения тяжелых металлов.

В местах перехода через водотоки осуществляется, как правило, трехразовый отбор проб — до строительства, во время строительства и после строительства объектов (в основные фазы водного режима — весенне-летнее половодье на подъеме и спаде, летне-осеннюю и зимнюю межень) — на фоновом и на основном контрольном пунктах. Фоновый пункт устанавливается в 500 м и выше по течению, контрольный пункт — в 500 м ниже подводного перехода. Наблюдения ведутся по следующим показателям: температура воды, количество взвешенных веществ, БПК5, содержание кислорода, общее содержание нефтяных углеводородов.

При аварийных сбросах загрязняющих веществ в водные объекты проводится учащенный во времени и пространстве отбор проб воды и донных отложений. Пробы отбирают в месте непосредственного попадания токсиканта в водный объект, а также в пунктах 250 и 500 м ниже по направлению движения загрязненной водной массы и в точке, где визуально шлейф загрязненной воды не прослеживается. Подобный отбор повторяется в завершающей стадии ликвидации аварии и через неделю после полного устранения ее последствий. При больших масштабах аварии ведутся ежедневные наблюдения за мигрирующим пятном загрязненной воды с отбором проб воды и донных отложений в его центре и по краям пятна, в течение 3-5 суток.

При попадании в бессточный водоем (озеро) аварийной нефти организуются ежеквартальные наблюдения за содержанием нефтяных углеводородов в воде и донных отложениях в одной точке на наиболее загрязненном участке исследуемого водоема. Данный вид мониторинговых наблюдений продолжается, пока уровень загрязнения озерных вод и грунтов не снизится до фоновых значений.

При попадании аварийной нефти в водоток (реку, ручей) организуются ежедневные наблюдения за содержанием нефтяных углеводородов в воде и донных отложениях в следующих четырех точках:

- в месте проникновения нефти в водоток;

- на задней оконечности мигрирующего пятна нефти;

- в центре мигрирующего пятна нефти;

- на передней оконечности мигрирующего пятна нефти.

Наблюдения за содержанием нефтяных углеводородов в воде продолжаются до момента снижения их концентраций в обследуемом водотоке (системе водотоков) до уровня предельно-допустимых концентраций (ПДК), в донных отложениях (на стационарных створах) — до момента снижения концентраций нефтяных углеводородов до фонового уровня. Стационарные створы должны располагаться на следующих участках:

- в месте проникновения нефти в водоток;

- 0,5 км ниже створа попадания аварийной нефти в водоток;

- на середине отрезка, на котором при миграции нефти произошло снижение ее концентраций до уровня ПДК;

- на участке, где было зафиксировано снижение концентраций нефти до уровня ПДК.

При отборе проб воды и донных отложений ведутся также визуальные наблюдения за состоянием загрязненности поверхности воды и нефтяной пленкой.

В ходе мониторинговых наблюдений обязательно фиксируется состояние водной поверхности контролируемого водного объекта (наличие пленки, запаха, необычного цвета, плавающего мусора и т.п.).

С целью выявления значительных изменений экологической обстановки водных объектов, последовавших в результате различного вида техногенных воздействий, как правило, используют подвижные и автономные средства наблюдений, станции и пункты наблюдения.

Подвижные средства наблюдений. В основном это мобильные лаборатории, располагающие специальным оборудованием для определения количественных и качественных показателей состояния водных объектов дистанционными, полуавтоматизированными или автоматизированными методами. На судоходных участках рек, озер и водохранилищ могут применяться плавучие средства.

Автономными пунктами наблюдений могут быть автоматические станции контроля качества воды, а также комплекты приборов или отдельные приборы, работающие в автономном режиме, как на природных водных объектах, так и в рамках технических систем. Автономные пункты наблюдения могут оказаться наиболее эффективными при выполнении специальных исследований в составе водного мониторинга для изучения локальных особенностей формирования состояния водных объектов.

Станции наблюдения — это организации, которые выполняют стационарные исследования в соответствии с программой водного мониторинга. Они включают лаборатории, способные проводить анализы показателей состояния водных объектов (например, гидрохимические и гидробиологические лаборатории), независимо оттого, выполняются они вручную или методами, предусматривающими автоматизацию от автоматического отбора проб до автоматического определения показателей. Кроме того, они должны обеспечить работу ряда пунктов наблюдений в автономном режиме и за счет применения подвижных средств.

В их обязанности входит сбор, анализ, первичная обработка и обобщение исходных данных самой станции и относящихся к ней пунктов наблюдения, представляющих собой часть сети наблюдений. Станции иногда называют региональными узлами или обсерваториями. Наконец, станция должна обеспечить передачу информации в центры экологического мониторинга.

Основной элемент проектируемой сети наблюдений — пункт наблюдений, или точка отбора проб, где проводятся стационарные измерения количественных и качественных показателей экологического состояния водных объектов: расходов воды, пропускной способности, уровней воды, сточных вод, склонов водной поверхности естественных и искусственных открытых водотоков и т.д. В качестве пунктов наблюдений как правило используются существующие и проектируемые гидрометеорологические посты и станции, а также пункты наблюдения за природной средой Росгидромета и других организаций.

В определенном смысле точки измерений должны быть похожи на места расположения уровенных или уклонных постов, гидрологических створов и других мест измерения, принятых на гидрологических станциях. Их пространственная и высотная привязки обязательны. Точки измерений должны составить основу для планирования проектноизыскательских, научно-исследовательских и различного рода технических работ, а также исследований по программе мониторинга. Их данные определяют расположение и другие характеристики всех видов работ по оценке состояния водных объектов от эпизодических съемок до постоянно действующих стационарных станций, т.е. пунктов, где данные точек измерения собираются, обрабатываются и передаются в центр. Станции могут иметь свой состав измерений, которые выполняются с использованием средств автоматизации или автоматически.

Использование водных ресурсов и их охрана. В области использования и охраны водных ресурсов исследуются результаты деятельности участников водохозяйственного комплекса: коммунально-бытового хозяйства, промышленности, сельскохозяйственного водоснабжения и обводнения, гидроэнергетики, водного транспорта, рекреации (мест отдыха).

В местах присоединения внутризаводских сетей промышленной канализации к городской сети примерно 1 раз в 8-9 лет оценивается количество и качество сточных вод. Во время проектных изысканий пробы сточных вод отбираются 2 раза в год (весной и летом). При этом определяется содержание таких веществ, как хром, медь, цинк, железо, никель, кадмий, свинец, кобальт, фториды, сульфаты, фосфаты, азот аммонийных солей, а также взвешенные вещества, сухой и плотный остаток, химическое и биологическое потребление кислорода. В сточных водах предприятий железнодорожного транспорта содержатся загрязняющие вещества II, III и IV классов опасности. К ним относятся нефтепродукты, ацетон, фенол, дизельное топливо, СПАВ, хлорид-, нитрит-, нитрат- и сульфат-ионы, трех- и шестивалентный хром, все растворимые в воде формы алюминия, магния, калия, кальция, железа, цинка, фосфаты натрия, калия и кальция (табл. 2.6).

Экологические характеристики загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах железнодорожных предприятий мые в воде формы) ный мые в воде формы) бензол (карболовая кислота) творимые в воде формы) римые в воде формы) римые в воде формы) лентный (смесь углеводородов) моно- и диалкилфеноловых эфиров полиэтиленгликоля мые в воде формы) римые в воде формы) Производственный контроль за сбросами стоков в поверхностные водные объекты ведется в соответствии с планом-графиком контроля за соблюдением нормативов предельно допустимых сбросов и не реже одного раза в квартал.

Существует два подхода к размещению пунктов наблюдений для оценки состояния сточных вод.

1. Заставить предприятия и организации установить измерительные средства или автономные пункты наблюдений в места присоединения к городской канализационной сети. Такой путь вызывает следующие возражения:

- не все предприятия экономически эффективны настолько, чтобы установить автономный пункт наблюдений с адекватным набором измеряемых показателей, соответствующим методическим и техническим обеспечением;

- даже непрерывное наблюдение на всех без исключения предприятиях не обеспечит оценку качества сточных вод в канализационной сети и на входах на станции аэрации для целей оперативного управления, поскольку предприятия сбрасывают химически и биологически активные вещества, взаимодействие которых может привести к тому, что состав сточных вод на входах станции будет непредсказуем.

2. Организовать стационарные наблюдения на сети городской канализации. В случае необходимости для оценки только качества сточных вод потребуются десятки пунктов наблюдений, а для поиска предприятий, вызывающих опасные загрязнения — сотни. Наиболее целесообразным является оптимальное сочетание размещения автономных постов наблюдений на предприятиях и в сети городской канализации.

Оценка состава показателей качества водных объектов. Она может быть выполнена на основании сопоставления следующих данных:

- гидрохимической характеристики природных водных объектов в естественных условиях;

- характеристики состояния природных водных объектов в современных условиях;

- сведений о качестве сточных вод различного происхождения;

- состава показателей, определяемых на входах в технические системы и выходах из них ручным или автоматическим способом отбора проб с их последующим автоматизированным анализом;

- правовых и нормативных документов компетентных государственных органов.

Изучение показателей качества воды водохранилищ, рек и их притоков, рассматриваемых как источники питьевого водоснабжения, позволяет выбрать для контроля величины, влияющие на технологию очистки воды на водопроводных станциях.

К таким показателям относят температуру, кислотность, мутность, цветность, запах, солевой аммоний, общее число сапрофитных микроорганизмов, фитопланктон, хлориды, перманганатную окисляемость, химическое потребление кислорода, нитриты, нитраты, сульфаты, жесткость, растворенный кислород, электропроводность, плотный остаток, щелочность и др.

Специфические показатели нормируются по общесанитарному и токсикологическому признакам вредности:

• токсичные металлы: железо, марганец, медь, цинк, никель, хром, кадмий, свинец, мышьяк, алюминий, барий, селен, ртуть, висмут, кобальт, литий, молибден, стронций, ванадий, фтор, вольфрам, бериллий, натрий, сурьма, олово;

• органические загрязнения: фенолы, нефтепродукты, СПАВ, фосфорорганические пестициды (хлорофос, карбофос, метафос, ДЦВФ, ВИ-58), хлорорганические соединения (хлороформ, четыреххлористый углерод, ДДТ, ДДЕ, линдан, гексахлоран);

• радиоактивные вещества: суммарная -активность, изотопный состав.

Кроме того, проводятся ежедневные анализы проб воды по определению температуры, кислотности, мутности, цветности, запаха, окисляемости, хлоридов, щелочности, и общего количества бактерий.

Сведения о составе сточных вод различного происхождения имеются у ряда организаций. Однако они существенно разнятся по составу и по количественным оценкам содержания одних и тех же компонентов.

Отсутствие системы информационного обмена и единого математического обеспечения не позволяет каждой заинтересованной организации ни использовать накопленный материал, ни оценить его сколько-нибудь объективно.

Вода, поступающая на водопроводные станции, подвергается следующему технологическому контролю:

- один раз в сутки определяют хлориды, марганец, видимые невооруженным глазом организмы;

- 2 раза в сутки определяют общее количество бактерий, колииндекс, железо;

- 4 раза в сутки — остаточный хлор;

- 6 раз в сутки — цветность;

- 12 раз в сутки — мутность и запах;

- один раз в месяц — нитраты, свинец, фтор, сухой остаток, сульфаты, медь, цинк, общая жесткость;

- один раз в квартал — бериллий, молибден, мышьяк, селен, стабильный стронций.

Из физико-химических показателей определяются температура, запах, мутность, кислотность, взвешенные вещества, сухой остаток, жесткость, щелочность, хлориды, сульфаты, аммиак суммарный, нитриты, фосфаты, кремнекислота, кальций, магний, марганец, железо, медь, фтор, растворенный кислород, окисляемость, химическое и биологическое потребление кислорода.

В составе биологических показателей определяются количество фитопланктона (диатомовые), сине-зеленых и зеленых водорослей. Бактериологические показатели ограничиваются оценкой и общего количества бактерий кишечной группы.

Установка тех или иных измерительных средств зависит от того, какие именно показатели необходимо определить, с какой погрешностью и при какой надежности.

В последние годы в мировой природоохранной практике широко используются биологические методы оценки загрязнения водных объектов. К их числу относятся, прежде всего, методы биотестирования природных и сточных вод на основе унифицированной экспериментальной оценки реакций водных организмов на токсические воздействия. Относительная простота реализации многих биотестов, их высокая чувствительность, наличие приборов, позволяющих выполнять экспрессанализы, и, наконец, возможность получать информацию, которую традиционные химические анализы не могут дать в принципе, — все это позволяет считать, что биотестирование в ближайшем будущем может стать обязательным элементом системы наземных наблюдений. Наиболее сильная сторона этого подхода — возможность оценки токсичности водных растворов, содержащих несколько компонентов, что может решить проблему размерности в оценке многокомпонентных смесей.

Почва — это поверхностный слой земной коры, несущий растительность суши и обладающий плодородием. Почва — незаменимый природный ресурс.

Почвы имеют практически повсеместное распространение, горизонтальное залегание и простираются в виде покрова.

Почвенный покров — это сложная многокомпонентная открытая система бесконечно большого числа локальных первичных почвенных разностей, аккумулирующих потенциальную энергию солнца, влагу и питательные вещества, что обеспечивает существование и воспроизводство растительных организмов.

Контроль состояния почв представляет собой систему наблюдений за состоянием земельного фонда для своевременного выявления изменений, их оценки, предупреждения и устранения последствий негативных процессов.

Объектом контроля состояния почв являются все земли независимо от форм собственности, целевого назначения и характера использования.

При выполнении экологических изысканий проводится оценка состояния почв и растительности в районе работ. В процессе строительства плодородный слой почвы следует снять и складировать на период строительства. Поэтому после подготовки участка под строительство необходимо обследовать состояние почв перед началом основных строительных работ. При этом должна быть определена схема расположения фиксированных точек и участков для мониторинга почв. Все фиксированные объекты для последующего мониторинга выбираются с точки зрения наибольшей репрезентативности к потенциальному воздействию при строительстве и эксплуатации объектов.

Контроль состояния почв заключается в определении в каждой фиксированной точке:

- физических свойств почв (включая содержание гумуса);

- химических свойств почв (включая кислотность);

- концентрации нефтеуглеводородов;

- концентрации микропримесей металлов;

- концентрации пестицидов;

- концентрации бенз(а)пирена;

- концентрации фенолов.

При ведении контроля состояния почв выявляются следующие процессы:

1) эволюционные (связанные с естественно-историческими процессами развития);

2) цикличные (связанные с суточными, сезонными, годовыми и иными периодами изменений природного характера);

3) антропогенные (связанные с человеческой деятельностью);

4) чрезвычайные ситуации (связанные с авариями, катастрофами, стихийными и экологическими бедствиями и др.).

Основные задачи контроля состояния почв:

• своевременное выявление изменений состояния почв, их оценка, прогноз и выработка рекомендаций по предупреждению и устранению последствий процессов;

• информационное обеспечение государственного земельного кадастра, рационального землепользования и землеустройства, контроля за использованием и охраной почв.

Содержание контроля состояния почв составляют систематические наблюдения (съемки, обследования и изыскания) за их состоянием.

В процессе экологического контроля почв определяется перечень базовой информации и регулярно наблюдаемых показателей, достаточных для периодической оценки экологического состояния почв.

Критерии экологического состояния:

А. Статистические (параметрические) критерии:

• пониженное содержание гумуса по сравнению с типичным для данного типа почвы, площадь земель с такими признаками;

• эродированность почвы (слабо-, средне-, сильносмытыми), площадь земель с такими признаками;

• содержание тяжелых металлов в количестве, превышающим ПДК (кратность превышения), площадь земель с такими признаками;

• содержание микроэлементов выше уровня фитотоксичности, площадь земель с такими признаками;

• заболоченность (признаки гидроморфизма), площадь земель с такими признаками;

• биологическое загрязнение почв (по санитарным параметрам);

• величина кислотности.

Б. Динамические критерии (критерии, показывающие усиление негативных свойств, достигающие критических значений (например, содержание тяжелых металлов выше ПДК) или отражающие тенденции к достижению этого в будущем):

• увеличение глубины смытости почвенного профиля, площади водной, ветровой эрозии;

• снижение уровня активности микробной биомассы;

• ухудшение санитарных показателей;

• увеличение площади заболоченных земель, усиление гидроморфизма почв с избыточным увлажнением;

• рост содержания тяжелых металлов и неметаллических токсикантов, увеличение площади загрязненных земель;

• снижение плодородия почв.

Почвы как компоненты природных и антропогенных ландшафтов и составные части биогеоценозов имеют повсеместное распространение.

Экологический контроль почв предусматривает их учет и картографирование. На карту могут наноситься: степень и вид техногенного освоения, эродированность; химический состав почвенной массы.

Охрана биосферы. Газообразные выбросы промышленных предприятий и теплоцентралей, отработавшие газы автомобильных, тепловозных и авиационных двигателей могут распространяться на десятки и сотни километров. В результате происходит региональное и глобальное загрязнение биосферы в целом и почвенного покрова как ее части. Охрана биосферы, и в частности почв, возможна только на основе хорошо организованного мониторинга. Экологические последствия загрязнения почв обычно проявляются позже, чем атмосферы и гидросферы, но они более долговременны. Задымление атмосферы, ее загазованность опасны и легко заметны. Их люди быстро ощущают, но при благоприятных погодных условиях (перепад давления и ветер) загрязняющие вещества быстро рассеиваются, и воздух вновь становится пригодным для нормальной жизни.

Иное дело почвы, которые медленно накапливают загрязняющие вещества, выполняя при этом защитные функции в отношении подземных вод, удерживая на себе загрязняющие вещества. Почвы также связывают многие соединения в малоподвижные и недоступные растениям формы, предохраняя тем самым растительную продукцию от попадания тяжелых металлов или других нежелательных элементов и веществ.

Однако выполняя защитную роль, почвы постепенно загрязняются, и на каком-то этапе загрязнение может достичь таких уровней, когда почвенный покров становится непригодным для сельскохозяйственного использования. Естественное восстановление такой почвы требует десятилетий, а для рекультивации с помощью технических средств необходимы очень большие капиталовложения.

Наблюдение, контроль и прогноз состояния среды, или экологический мониторинг, предполагает оценку изменений в экосистемах (в том числе связанных с накоплением загрязняющих веществ), происходящих в результате промышленной деятельности человека.

Почвенный мониторинг — одна из важнейших составляющих экологического мониторинга — направлен на выявление антропогенных изменений почв, которые могут в конечном счете нанести вред здоровью человека или состоянию экосистемы.

Выделяют глобальный, региональный и локальный контроль состояния почв. Глобальный контроль — система наблюдений за планетарными изменениями в биосфере, которые происходят преимущественно в атмосфере и гидросфере, и обусловливают глобальное распространение различных видов загрязнения. При глобальном контроле определяются:

1) характеристика потока контролируемых химических элементов на почвы фоновых территорий;

2) уровни контролируемых показателей состояния почв;

3) зоны миграции, аккумуляции, трансформации контролируемых химических элементов.

Региональный контроль представляет собой слежение за взаимодействием природы и человека в процессе природопользования. При этом дается характеристика поступления и выноса веществ и энергии из природных систем.

Локальный контроль предполагает наблюдение за содержанием загрязняющих, токсичных для человека веществ в природных средах, в районе отдельных предприятий, включая наблюдение за отдельными изменениями природной среды под влиянием конкретных видов химических соединений.

Локальный и региональный почвенно-экологический контроль определяет:

• характеристику источника загрязнения и загрязняющих веществ;

• уровни контролируемых показателей состояния почв, вод, растений на территории, подверженной действию источника загрязнения;

• характер действия загрязняющих веществ на почву, а также пути миграции, аккумуляции и направления трансформации загрязняющих веществ в почве;

• оценку сопротивляемости почв загрязнению и возможности их самоочищения;

• мероприятия по снижению или ликвидации последствий загрязнения почв;

• оценку экономического ущерба, нанесенного природе и сельскому хозяйству загрязнением почв.

Комплексное почвенное обследование при этом предполагает использование совокупности приемов и методов исследования свойств почвы, направленных на ее изучение как единого целого, методов контроля, а именно:

• определение химических, физических, биохимических, микробиологических, морфологических и других свойств почв различной природы;

• определение прямых и косвенных показателей, показателей загрязнения и показателей устойчивости почв к загрязнению;

• изучение почвенных горизонтов, играющих роль геохимических барьеров, тонкодисперсных фракций почв, поглощающих загрязняющие вещества и др.

Наиболее важен в программе контроля вопрос о перечне показателей химического состояния почв, контроль за которыми необходим для своевременного обнаружения неблагоприятных изменений. Мониторинг может быть эффективным при согласованном выборе небольшого числа необходимых и достаточных показателей, которые чувствительны к смене экологической обстановки и хорошо воспроизводимы. Методы определения этих показателей должны быть просты, надежны и доступны массовым лабораториям.

Контролируемые показатели химического состояния почв разделяют на три группы:

1) прямые показатели загрязненности почв, которые характеризуют уровень содержания в почве загрязняющих веществ. К ним относят общее содержание загрязняющих веществ и их групповой (вещественный, фазовый, фракционный) состав;

2) косвенные показатели, отражающие неблагоприятные изменения химических свойств почвы под влиянием загрязняющих веществ (кислотно-основных, ионообменных, коллоидно-химических свойств и др.);

3) показатели, характеризующие способность почв противостоять изменению свойств при антропогенном воздействии на них и способность почв к самоочищению.

Нормирование содержания тяжелых металлов в почве. К факторам почвообразования относятся почвообразующие породы, растительные и животные организмы, климат, рельеф, почвенные и грунтовые воды, время и хозяйственная деятельность человека. Почвообразующая порода представляет собой верхние слои горных пород, выходящие на поверхность, которые в процессе почвообразования превращаются в почву. Порода, из которой образовалась почва, называется материнской.

Почвообразование происходит сверху вниз, с постепенным затуханием интенсивности процесса. В умеренной зоне мощность (толщина) почв составляет не более 1,5-2,0 м.

Каждая почва состоит из слоев, или генетических горизонтов, характерных только для нее. Определенное сочетание горизонтов составляет профиль почвы, в котором выделяют несколько горизонтов (сверху вниз):

А0 — дернина, лесная подстилка, луговой или степной войлок (поверхностный слой);

A1 — перегнойно-аккумулятивный (гумусовый);

А2 — элювиальный;

В — иллювиальный, или горизонт вымывания;

С — материнская порода.

Степень опасности загрязнения почв тяжелыми металлами определяется уровнем их возможного отрицательного влияния на воду, почву, пищевые продукты и опосредованно на человека. Основным критерием уровня загрязнения почвы служит предельно допустимая концентрация (табл. 2.7) химического элемента в пахотном слое почвы. В зависимости от пути миграции загрязняющих веществ в сопредельные среды установлены показатели вредности и соответствующие им ПДК:

1) транслокационный показатель, отражающий переход тяжелых металлов из почвы в растения и возможность накопления токсикантов в выращиваемых продуктах и кормах;

2) миграционный водный показатель, характеризующий поступление химических элементов из почвы в грунтовые воды и водоисточники;

3) миграционный воздушный показатель, учитывающий переход химических элементов из почвы в атмосферу;

Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности ртуть 4) общесанитарный показатель, отражающий влияние химических элементов на самоочищающуюся способность почвы и микробиоценоза.

При валовом содержании тяжелых металлов в почве, превышающих ПДК, обязательно определяют их подвижную форму. Уровень аномального содержания элементов в почвах данной местности характеризует коэффициент концентрирования Кс, который представляет собой отношение содержания элемента в исследуемом объекте С к среднему фоновому его содержанию Сф:

Кроме того, рассчитывается также масса загрязнителя, выпавшего с осадками (пыль, дождь, снег) на единицу площади в единицу времени.

При этом учитывается общая масса потока загрязнителей (среднесуточная нагрузка) Р (кг/км2) и концентрация элемента (мг/кг). На основании этих данных определяют общую нагрузку, создаваемую поступлением химического элемента в окружающую среду:

и коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента:

где Сф — фоновое содержание элемента;

Росф — фоновая нагрузка элемента, за счет выпадения осадков;

Рф — фоновая нагрузка исследуемого элемента.

Например, для Нечерноземной зоны фоновая нагрузка за счет выпадения осадков составляет 10 кг/км2/сут. Так как техногенные аномалии обычно содержат несколько элементов, то рассчитываются суммарные показатели загрязнения Zc и Zр, характеризующие эффект воздействия группы элементов:

где п — число учитываемых элементов.

Если Zc < 16, почва относится к первой категории загрязнения;

Zc = 16-32 — ко второй категории; Zc = 33-128 — к третьей категории;

Zc > 128 — к четвертой категории.

Приводим оценки загрязнения снегового покрова, почв и водных систем (табл. 2.8 и 2.9).

Оценка опасности загрязнения почв комплексом элементов по показателю Zc проводится по шкале (табл. 2.10), градации которой разработаны на основе изучения состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв.

Ориентировочная шкала оценки аэрогенных очагов загрязнения Уровень Состояние атмосферного Показатели загрязнения Средний уме- Превышение ПДК от- Средний уровень загрязнения ренно опасный дельных загрязняющих почв (Zc = 16-32) и снегового повеществ — пыль, оксиды крова (Zc = 64-128). Повышенная углерода и азота, серни- запыленность снежного покрова стый ангидрид. Содер- (среднесуточная нагрузка 250кг/км2). Содержание в почве Высокий опасный Превышение комплекса Высокий уровень загрязнения азота, сернистого ангид- аномалий присутствуют металлы рида. Содержание отдель- I класса опасности (особенно Pb, ных металлов (главным Cd, Hg) в высоких концентрациобразом свинца) выше фо- ях (Кс > 10). Содержание Рb в Очень высокий Многократное превышение Очень высокий уровень загрязчрезвычайно ПДК комплекса загряз- нения почв (Zc > 128) и снеговоопасный няющих веществ, в том го покрова (Zc > 256). В составе числе ряда тяжелых метал- аномалии в почве присутствуют Ориентировочная шкала оценки загрязнения водных систем Уровень Суммарный показатель Содержание токсичных элементов в Слабый Менее или равно 10 Слабое превышение относительно Очень сильный Более 100 Практически постоянное присутствие Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв Категория Суммарный Изменение показателей здоровья загрязнения почв показатель населения в очагах загрязнения Допустимая Менее 16 Наиболее низкий уровень заболеваемости Умеренно опасная 16-32 Увеличение общего уровня заболеваемости Опасная 32-128 Увеличение общего уровня заболеваемости, Чрезвычайно Более 128 Увеличение заболеваемости детского насеопасная ления, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение случаев токсикоза беременности, преждевременных родов, рождения мертвых детей) Экологический контроль почв должен проводиться:

1) на землях сельскохозяйственного назначения;

2) на территории объекта и близлежащих населенных пунктов;

3) в районах, подверженных влиянию автомобильных дорог, нефтеи газо- и конденсатопроводов;

4) в поймах проточных и непроточных водоемов.

На постоянных пробных площадках (ППП), служащих пунктами почвенного экологического контроля, изучаются и определяются виды почв по внешним морфологическим признакам, которые отражают внутренние процессы, генезис и историю развития почв.

В каждом пункте экологического контроля для описания почв закладываются специальные ямы, которые называются почвенными разрезами. Они бывают полные (основные), полуямы и прикопки. Прежде всего, необходимо внимательно осмотреть местность, определить характер рельефа и растительности для правильного выбора места заложения почвенного разреза.

На выбранном участке местности почвенный разрез копают так, чтобы три стенки его были отвесными, а четвертая спускалась ступеньками. Передняя, лицевая стенка разреза, предназначенная для описания, должна быть обращена к солнцу. При рытье разреза почву необходимо выбрасывать только на боковые стороны и ни в коем случае не на лицевую стенку, что может привести к ее загрязнению, разрушению верхних горизонтов, изменению их мощности и т.д.

Отбор проб (опробование) почв в пунктах экологического контроля следует выполнять ежегодно.

По всем видам опробования ведутся полевые журналы. На планы, схемы или карты в полевых условиях выносятся выработки места опробования. Все пробы сопровождаются этикетками, которые должны содержать номер выработки и пробы, вид пробы, место опробования, краткую характеристику пробы, дату опробования, фамилию отбиравшего, а при необходимости можно указывать условия и назначение отбора. Так же в полевых условиях, с фиксацией всех отобранных проб, составляется их общий список, который должен сопровождать пробы к месту хранения или в лабораторию.

Пробы могут отбираться способом задирки (бороздки) для маломощных горизонтов или путем точечной отбойки 5-10 мелких кусочков, равномерно расположенных по всему более мощному горизонту. Пробы почвы можно отбирать при помощи лопаты, ножа, геологического молотка или совка.