Основы экологического мониторинга

В.В. ТЕТЕЛЬМИН
В.А. ЯЗЕВ





                ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА


















Издательский Дом
ИНТЕЛЛЕКТ

Доёгопруд^|й
2013

Рецензенты:
Доктор технических наук, профессор кафедры инженерной экологии и безопасности жизнедеятельности Сибирского федерального университета, Кулагина Татьяна Анатольевна;
Доктор экономических наук, заведующий кафедрой рационального природопользования Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, профессор Слипенчук Михаил Викторович




Тетельмин В.В., Язев В.А.
   Основы экологического мониторинга: Учебное пособие / Тетельмин В.В., Язев В.А. — Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2013. — 256 с. ISBN 978-5-91559-152-2

   В учебном пособии приводится классификация загрязняющих веществ и техногенных воздействий на окружающую среду. Описаны методы наблюдений и средства измерений и контроля качества окружающей среды. Излагаются основы экологического мониторинга как одной из функций управления природопользованием и как системы получения информации о текущем и будущем состоянии окружающей среды. Разобраны особенности мониторинга загрязняющих веществ во всех основных геосферах.
   Книга адресована студентам и преподавателям высших учебных заведений и специалистам, решающим задачи экологизации производства и обеспечения экологической безопасности.












ISBN 978-5-91559-152-2

© 2013, Тетельмин В.В., Язев В.А.
© 2013, ООО Издательский Дом «Интеллект», оригинал-макет

Оглавление




ВВЕДЕНИЕ...............................................7

Глава 1. ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА..............................9
        1.1. Окружающая среда и жизнь..................9
        1.2. Источники техногенного воздействия на окружающую среду...........................17
        1.3. Виды загрязнений окружающей природной среды.........................................23
           1.3.1. Химическое загрязнение..............23
           1.3.2. Физическое загрязнение .............29
        1.4. Оценка загрязнений и классы опасности вредных веществ...............................33
           1.4.1. Оценка загрязнений и экологическое нормирование окружающей среды.............33
           1.4.2. Единицы концентрации химических веществ.39
           1.4.3. Классы опасности вредных веществ ...40
       1.5. Загрязнение атмосферы и ближнего космоса..46
       1.6. Загрязнение гидросферы....................55
       1.7. Загрязнение почв..........................62
       1.8. Нарушение состояния литосферы ............66
           1.8.1. Горнопромышленное производство......66
           1.8.2. Добыча углеводородов................68
           1.8.3. Пщротехническое строительство.......70
       1.9. Отходы производства и потребления.........73

Глава 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
И КОНТРОЛЬ КАК ФУНКЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕМ...................................80
       2.1. Право на благоприятную окружающую среду...80
       2.2. Экологическая политика государства........81
        2.3. Уровни и приоритеты экологического мониторинга ..................................86

Оглавление

       2.4. Государственная служба наблюдения за состоянием окружающей среды...................90
        2.5. Экологический контроль (надзор) и аудит....93
        2.6. Методы наблюдений за состоянием окружающей среды............................................98
           2.6.1. Контактные методы наблюдений..........98
           2.6.2. Дистанционные методы наблюдений..... 100
           2.6.3. Биологические методы наблюдений..... 103
        2.7. Прогноз загрязнений окружающей среды..... 106

Глава 3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ........................ 111
       3.1. Индикаторные трубки и газоопределители на их основе....................................111
        3.2. Тест-методы химического анализа...........118
        3.3. Оптические методы анализа и приборы.......120
           3.3.1. Рефрактометрические методы ......... 120
           3.3.2. Фотометрические методы.............. 122
           3.3.3. Поляриметрические методы ........... 124
           3.3.4. Турбидиметрический и нефелометрический методы..................................... 125
           3.3.5. Люминесцентный (флуориметрический) метод ..................................... 125
        3.4. Атомно-спектроскопические методы..........126
        3.5. Масс-спектрометрические методы ...........128
        3.6. Хроматографические методы.................129
        3.7. Электрохимические методы..................134
        3.8. Радиационный и дозиметрический контроль.......136

Глава 4. МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ............................................140
        4.1. Организация наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха............................140
        4.2. Отбор проб воздуха........................142
           4.2.1. Виды проб........................... 142
           4.2.2. Отбор проб в жидкие поглотительные среды. 144
           4.2.3. Отбор проб на твердые сорбенты...... 144
        4.3. Наблюдения за состоянием атмосферы........146

Оглавление

5

       4.4. Мониторинг выброса диоксида серы......... 151
       4.5. Мониторинг выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания...........................153
       4.6. Мониторинг загрязнения снежного покрова.....156
       4.7. Мониторинг состояния озонового слоя.......158
       4.8. Мониторинг выбросов твердых диспергированных частиц........................................161
       4.9. Наблюдения за радиоактивным загрязнением воздуха........................................164
4.10. Оценка загрязнения атмосферного воздуха...168

Глава 5. МОНИТОРИНГ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД.............172
       5.1. Уникальные свойства воды................. 172
       5.2. Организация наблюдений за качеством вод.....176
       5.3. Отбор и хранение проб воды................183
       5.4. Показатели качества воды и их определение...185
           5.4.1. Органолептические показатели....... 185
           5.4.2. Общие и суммарные показатели....... 187
           5.4.3. Минеральный состав................. 189
           5.4.4. Металлы............................ 192
           5.4.5. Биогенные элементы................. 195
           5.4.6. Нефтепродукты, ПАВ, фенолы, пестициды. 198
           5.4.7. Микробиологическое загрязнение......200
       5.5. Устойчивые органические загрязнители и их анализ....................................202
       5.6. Интегральная оценка качества воды...........206
       5.7. Наблюдения за качеством природных вод с помощью комплектных лабораторий .............208

Глава в. МОНИТОРИНГ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА....................................211
       6.1. Структура и состав почвы..................211
       6.2. Свалки твердых отходов как источники загрязнений...................................215
       6.3. Тйповая программа мониторинга и отбор проб почв......................................222
       6.4. Оценка загрязнения почв...................224
       6.5. Контроль загрязнения почв пестицидами.....227

Оглавление

       6.6. Контроль загрязнения почв промышленными предприятиями...............................233
       6.7. Контроль радиоактивного загрязнения почв.....237
           6.7.1. Примеры радиоактивных загрязнений почв.237
           6.7.2. Особенности отбора проб почв на анализ.241
Приложение
НЕКОТОРЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ .........................244
       Оптические приборы ...............................244
       Атомно-спектроскопические приборы.................245
       Масс-спектрометрические приборы...................246
       Хроматографические приборы........................247
       Электрохимические приборы ........................248
       Биоиндикаторы.....................................249
       Приборы для дозиметрического и радиационного контроля..........................................250

ЛИТЕРАТУРА...............................................252

                   Встал поутру, умылся, привел себя в порядок и сразу же приведи в порядок свою планету.
Антуан де Сент-Экзюпери

Введение
В современном мире существует озабоченность тем, что многие виды человеческой деятельности угрожают состоянию окружающей среды, и что проходит время, когда еще не поздно обратиться к решению этой глобальной проблемы. Общественность все больше заботят отрицательные воздействия, вызываемые пестицидами, тяжелыми металлами, радиоактивными отходами, утечками нефти и парниковым эффектом.
   В тексте документа «Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 г.» приводятся цифры, свидетельствующие о высоком сегодняшнем уровне антропогенного воздействия на природную среду и значительных экологических последствиях прошлой экономической деятельности. В половине субъектов РФ 54% городского населения находится под воздействием высокого загрязнения атмосферного воздуха; недопустимо высок объем сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водные объекты без должной очистки; развиваются процессы, ведущие к потере плодородия сельскохозяйственных угодий; количество отходов возрастает, при этом условия их хранения и захоронения не соответствуют требованиям экологической безопасности.
   Экологический мониторинг является необходимой составляющей в системе управления природопользованием, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности. Не случайно в «Основах государственной политики...» предусматривается создать современную систему государственного экологического мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций

Введение

природного и техногенного характера с развитием автоматизированной сети наблюдений и программ обработки данных.
   Основная цель данной книги состоит в том, чтобы дать возможность читателям понять основные экологические проблемы взаимодействия общества и окружающей среды и на этой основе изложить задачи и методы экологического мониторинга как необходимой информационной системы и как одну из функций управления природопользованием.

Глава 1

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА


1.1. Окружающая среда и жизнь

Окружающая природная среда—это совокупность природных объектов и условий, в которых проходит жизнь человека. Окружающая среда формирует все живые и неживые факторы, которые тем или иным образом воздействуют на живые организмы. Живые или биотические факторы включают растения, животных, грибы и бактерии. Неживые или абиотические факторы включают физические воздействия и химические компоненты, такие как температура, дожди, солнечный свет и питательные вещества (табл. 1.1).


Таблица 1.1. Энергетика сильных природных и техногенных возмущений в геосферах

   Мощность падающего на Землю солнечного       2- 1017Вт   
                 излучения                                  
   Мощность теплового потока через земную       4- 1013Вт   
                поверхность                                 
   Энергия землетрясений с магнитудой 8,5     3,6- 1017 Дж  
      Энергия вулканических извержений         до 1018 Дж   
     Энергия обрушений склонов и лавин         до 1О10 Дж   
Энергия смерчей, ураганов, торнадо, циклонов   до 1017 Дж   
Энергия, потребляемая человечеством за сутки     1018 Дж    
 Энергия взрыва магистрального газопровода     до 1011 Дж   
 Энергия при пожарах на аварийных скважинах     до 1014Дж   
          Энергия ядерного взрыва            до 2,4- 1017 Дж

Глава 1. Окружающая среда

   Литосфера, гидросфера и атмосфера, включающая околоземное космическое пространство, наряду с другими (астеносферой, верхней и нижней мантией, ядром планеты) образуют геосферы. Масса Земли равна 5,98- 10²¹т, средний радиус 6371 км, площадь поверхности 510 млн км², средняя плотность земного вещества 5,52 г/см³. Фигура Земли описывается геоидом, который представляет собой эллипсоид вращения.
   Земная кора представляет собой верхний слой жесткой оболочки Земли — ее литосферы. Земная кора состоит из легкого, менее плотного по сравнению с мантией вещества, которое недра «вытолкнули» из себя. Доля коры в общем объеме Земли составляет 1,5%, доля мантии — 82,3%. Геологические процессы непрерывно изменяют земную кору и ее поверхность, приводя к разрушению одних горных пород и образованию других. Поверхность земной коры формируется за счет разнонаправленных тектонических движений, создающих неровности рельефа путем разрушения, выветривания горных пород и осадконакопления.
   Граница между земной корой и мантией подвижна: повышение температуры мантии приводит к расплавлению нижней части коры и смещает границу вверх, а понижение температуры — вниз. Границей раздела земной коры и верхней мантии принято считать «поверхность М», залегающую на глубинах 30—60 км на континентах и 5—10 км под дном океана.
   Водная оболочка Земли или гидросфера— это место скопления огромного количества биологических, минеральных и энергетических ресурсов. Вода — единственное вещество на Земле, одновременно существующее в трех агрегатных состояниях. Ряд аномальных особенностей воды поддерживает жизнь на Земле и формирует климат и рельеф. Океанский фитопланктон поставляет почти половину кислорода атмосферы. В морской воде обнаружено более 70 химических элементов. Живые организмы проникают на всю глубину Мирового океана. Однако оптимум для жизни находится на поверхности раздела водной и газовой оболочки Земли.
   Земля — единственная планета Солнечной системы, на поверхности которой вода может находиться в жидком со