Билет 12 Методы биологического мониторинга состояния окружающей среды

Для биоиндикации пригодны в основном два метода - пассивный и активный мониторинг.

В первом случае у свободно живущих организмов исследуются видимые или незаметные повреждения или отклонения от нормы, являющиеся признаком стрессового воздействия.

При активном мониторинге пытаются обнаружить те же самые воздействия на тест-организмах, находящихся в стандартизованных условиях на исследуемой территории.

При биоиндикации следует учитывать четыре основных требования;

1. Относительная быстрота проведения.

2. Получение достаточно точных и воспроизводимых результатов.

3. Присутствие объектов, применяемых в целях биоиндикации, по возможности в большом количестве и с однородными свойствами.

4. Диапазон погрешностей по сравнению с другими методами тестирования не более 20%.

Обычно результаты биоиндикации хорошо поддаются математической обработке, что позволяет использовать для их обработки ЭВМ.

Биоиндикация вредных веществ в воздухе основана на их проникновении в живые организмы.

Если слишком высокое или весьма незначительное наличие обычных содержащихся в чистом воздухе составных частей приводит к замедлению или даже остановке определенных процессов обмена веществ и тем самым к задержке роста (например, слишком высокое содержание СО 2 или О2), то наличие в воздухе чужеродных веществ, токсически действующих уже в малых дозах (гербициды, пестициды, НР, 802), быстро вызывает биохимические и физиологические нарушения, повреждение цитоплазмы или отмирание клеток, органов, иногда всего организма.

Для того, чтобы выявить действие загрязнителей воздуха на живые организмы, можно пользоваться как активным, так и пассивным мониторингом.

При активном мониторинге применяется метод организмов- уловителей. Для этой цели в тест-камеры помещают особо чувствительные к загрязнениям воздуха растения или животные.

При пассивном мониторинге для изучения последствий загрязнения используются индикаторные свойства свободно живущих организмов в исследуемой области. Несмотря на то, что при этом прежде всего на индикационном уровне биохимических, физиологических и морфологических процессов проявляются совершенно специфические реакции на вполне определенные вредные вещества, содержащиеся в атмосфере, сложность факторов местообитания приводит к неспецифической биоиндикации, т.е. реакции на весь комплекс загрязнителей. Часто на практике используют сочетание обоих методов, например, животных, использованных в активном мониторинге, которых легко найти по особым меткам выпускают в природу и спустя некоторое время снова отлавливают и исследуют.

Методами биоиндикации могут быть выявлены как физические изменения почвы, связанные с различными, прежде всего механическими действующими факторами, так и химическое загрязнение.

При физических воздействиях изменение почвенных параметров касается прежде всего сложения и структуры почвы, например, ее порозности и плотности горизонтов, что может привести к уменьшению вентиляции и дренажа.

На уровне фитоценозов это сказывается в затруднении прорастания семян и проникновения корней в почву с последующим замедлением роста корней и побегов.

В почвенных ценозах происходит снижение активности и обилия организмов (микроартопод и микробов), разлагающих органические вещества, обеднение фауны.

Изменение химических параметров почвы отражается спустя некоторый период времени на росте, продуктивности отдельных видов, их популяций, приводит к нарушениям структуры фитоценозов, развитию сукцессий.

Консументы и деструкторы при этом часто испытывают косвенное влияние в результате изменений структуры ценозов.

Загрязнение вод, связанное с промышленностью, сельским хозяйством, рыболовством, судоходством, населенными пунктами и зонами отдыха затрагивает и береговое пространство.

При биоиндикации загрязнения вод в большинстве случаев учитывается и состояние прибрежной растительности.

Для оценки качества вод привлекаются как собственно водные растения, животные и микроорганизмы, так и виды береговой линии и тростниковых зарослей.

Биоценоз используется для исследования процессов химического загрязнения.

Биоиндикация может быть использована для оценки практически любых экосистем, например в сельском и лесном хозяйстве.

Билет 13 Основные задачи и содержание мониторинга загрязнения атмосферы

Мониторинг загрязнения атмосферы осуществляется на трех основных уровнях:

· импактном;

· региональном;

· глобальном.

Контроль за источниками загрязнения воздушного бассейна осуществляется в ходе плановых и срочных посещений предприятий, проверяется состояние пылегазоочистного оборудования, эффективность его работы, степень оснащенности источников вредных выбросов аппаратами газоочистки. Правильность данных отчетности предприятий по выбросам устанавливается путем технологических балансов производства, рабочих журналов, отражающих операции по поддержанию регламентных режимов технологических процессов, а также путем инструментальных замеров и отборов проб отходящих газов с последующим их анализом в лабораториях контроля выбросов вредных веществ.

Мониторинг на импактном уровне представляет собой оперативно-информационную подсистему режимных наблюдений за уровнем загрязнения атмосферного воздуха основными и специфическими вредными веществами, содержащимися в газах, выбрасываемых предприятиями и транспортом.

Мониторинг осуществляется на сети стационарных постов, расположенных в основных селитебных зонах городов и промышленных центров, а также на границах санитарно-защитных зон промышленных районов.

Наблюдения на сети стационарных постов дополняются постоянными маршрутными и подфакельными наблюдениями, осуществляемыми с помощью специальных передвижных лабораторий.

Анализ данных импактного мониторинга и их ежегодное обобщение с ретроспективным обзором позволяет выявить тенденции изменения качества атмосферного воздуха в городах и промышленных центрах, что необходимо для оценки эффективности принимаемых мер по охране воздушного бассейна на конкретной территории.

За качеством атмосферного воздуха населенных пунктов наблюдения ведутся со стационарных, маршрутных и передвижных постов. На стационарных устанавливаются специальные павильоны типа "Пост-1", "Пост-2", "Воздух", оснащенные аппаратурой для отбора проб воздуха и приборами для определения метеорологических параметров (направления воздуха, атмосферного давления).

На маршрутных постах проводится систематический отбор проб воздуха и метеорологические наблюдения с помощью передвижных автолабораторий типа "Атмосфера II". Передвижные наблюдения с автомашины эпизодически проводятся для определения концентрации вредных веществ под дымовыми или газовыми факелами предприятий на расстоянии не менее 500 м от источника выбросов.

Пункты наблюдения размещаются обычно на сравнительно открытых и продуваемых местах с непылящим покрытием (асфальт, газон, твердый грунт) в центральной части города, жилых районах с различным типом застройки (в первую очередь наиболее загрязненных), зонах отдыха, вблизи магистралей с интенсивным движением автотранспорта.

Проблема оптимального размещения необходимого и достаточного количества пунктов наблюдения носит весьма сложный характер.

Практически можно ограничиться одним стационарным пунктом на площади 10-15 кв. км; в пересеченной местности и при неравномерном расположении производственных объектов плотность размещения пунктов следует увеличить.

Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеопараметрами на стационарных постах должны проводиться круглогодично, во все сезоны, независимо от погодных условий. Для постов наблюдений ГОСТ 17.2.3.07-86 "Правила контроля воздуха населенных пунктов" устанавливает четыре программы наблюдений: полную, неполную, сокращенную и суточную.

· По полной программе наблюдения выполняются ежедневно в 1, 7, 13 и 19 ч. по местному времени с получением информации о разовых и среднесуточных концентрациях.

· Наблюдения по неполной программе с целью получения информации о разовых концентрациях вредных примесей проводятся в сроки 7, 13 и 19 ч.,

· По сокращенной программе в 7 и 13 ч. при температуре ниже 45 градусов Цельсия в местах, где содержание примесей низкое. В случае экстремально высокого загрязнения, неблагоприятных метеоусловий и роста содержания загрязняющих веществ предусматривается проведение учащенных наблюдений.

При организации ОГСНК первоначально ставилась задача определения содержания выбрасываемых в атмосферу почти всеми источниками основных загрязняющих веществ (взвешенных - пыли, диоксида серы, окиси углерода, окислов азота). Далее дополнительно стали определять содержание в атмосфере веществ, характерных для каждого предприятия города: сероводорода и сероуглерода в городах с предприятиями целлюлозно-бумажной и химической промышленностью, фенола, металлов, аммиака и цианистого водорода в городах с предприятиями металлургии; сажи, свинца, бенз(а)пирена - в районах значительного скопления автотранспорта. В настоящее время на постах наблюдения в стране ведется определение содержания более ста специфических вредных примесей.

Выбор с целью контроля содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе определяется в зависимости от количества выбросов этих веществ, их класса опасности, характерного размера города, рассеивающей способности атмосферы данного района. В тех случаях, когда выбросы невелики, создаваемая ими наземная концентрация примеси может оказаться на уровне фоновых значений; контроль за содержанием таких веществ не нужен.

Принцип выбора вредных веществ для контроля основан на использовании параметра потребления воздуха, т.е. объема воздуха, необходимого для разбавления выбросов вещества до уровня концентрации, не превышающей гигиенический норматив.

Методика, разработанная в Главной геофизической лаборатории позволяет составить приоритетные списки специфических загрязняющих веществ для городов с пунктами наблюдения, а также для определения приоритетности городов и поселков, где сеть наблюдений еще отсутствует и необходима ее организация.

Для установления приоритетного списка загрязняющих веществ чрезвычайно важна достоверность данных инвентаризации выбросов. Контроль за многими специфическими веществами существенно повышает информативность сети наблюдений, позволяет более полно оценить состояние атмосферы.

Загрязняющими атмосферу примесями являются газы, пары и твердые частицы. Система отбора состоит из воздухозаборной линии, распределительной гребенки для подключения поглотительных приборов, побудителей расхода воздуха и устройств, регистрирующих объем пропускаемого воздуха (реометры, ротаметры, счетчики). Пробы подразделяются на разовые, отобранные в течение 20-30 минут и средние суточные, определяемые осреднением 4-разовых проб, взятых через равные промежутки времени в течение суток.

По принципу отбора проб примеси легко разделить на аэрозоли, присутствующие в воздухе в виде твердых и жидких частиц с малой скоростью осаждения, и газовые примеси.

Пробы воздуха на содержание аэрозолей и крупных частиц пыли отбираются на аэрозольные фильтры различных типов, на газовые примеси ведется с помощью электроаспираторов .

Отбор разовых проб для определения содержания газовых загрязняющий веществ проводится на практике тремя способами:

· в жидкие поглотители, т.е. в стеклянные сосуды разной конфигурации, наполненные специальными растворами, способными при пропускании через них воздуха избирательно поглощать какую- либо составляющую его часть (вредное вещество); -

· с помощью пленочных сорбентов в так называемые сорбционные трубки. В трубках стеклянные гранулы покрыты пленкой невысыхающего реагента. Развитая поверхность позволяет поглощать определенную часть (вредное вещество) из воздуха;

· в резиновые камеры или стеклянные емкости;

Для получения достоверной информации о загрязнении атмосферы необходимы надежные методы анализа отобранных проб. Основными требованиями к ним являются селективность и точность определения, воспроизводимость и предел обнаружения, составляющий 0.8 ПДК, экспрессность, низкая стоимость и доступность используемых химических реактивов. Используемые методы должны быть едины на всей сети. Отобранные на постах пробы доставляются в лабораторию, где проводится анализ.

Основные методы, используемые при анализе вредных примесей в атмосфере:

1. фотометрический, основанный на сравнении оптических плотностей исследуемого и контрольного растворов. Этим методом в настоящее время определяется содержание практически всех газовых примесей (кроме окиси углерода). Используются однолучевые фотоколориметры КФК-2, КФК-3, спектрометры СФ-26, СФ-46, двухлучевые ФЭК-56М и др.;

2. газохроматографический, основанный на селективном разделении соединений между двумя фазами (подвижной и неподвижной). Этот метод позволяет определить ничтожно малые количества веществ, не обладающих специфическими реакциями.

3. спектрально-эмиссионный, в основе которого лежит излучение световой энергии атомами, ионами. Линейчатые спектры излучения не зависят от вида химических соединений, поэтому этот вид анализа используется для определения, например, металлов во взвешенных частицах;

4. атомно-абсорбционный, основанный на способности свободных атомов элементов селективно поглощать резонансное излучение. По сравнению со спектрально-эмиссионным данный метод наиболее универсален, высокопроизводителен, особенно при серийных анализах; используется для определения тяжелых металлов в атмосферном воздухе.

При анализе данных наблюдений и оценке уровня загрязнения атмосферного воздуха используются статистические методы, в которых концентрации примесей рассматриваются как случайные величины, в разные моменты времени принимающие разные значения. Статистические характеристики при обработке информации обычно рассчитываются за месяц, полугодие, год и т.д. из всех данных наблюдений за соответствующий период на определенном посту и на нескольких постах - в целом по городу.

Наиболее распространенными характеристиками уровня загрязнения атмосферы являются средняя концентрация примеси, среднее квадратическое отклонение, максимальная концентрация, повторяемость случаев с концентрацией выше ПДК, выше 5 и 10 ПДК.

Для сопоставимости результатов наблюдений, полученных в разных районах и в разное время, необходимо использовать единые унифицированные методы отбора и анализа, а также обработки и передачи информации.

По степени срочности информация подразделяется на три категории: экстренная, оперативная и режимная.

Экстренная информация в возникшем или ожидаемом экстремально высоком загрязнении атмосферы и аварийных (залповых) выбросах загрязняющих веществ передается в контролирующие органы незамедлительно.

Под экстремально высоким загрязнением атмосферы понимается: содержание одного или нескольких веществ, превышающих предельно допустимую концентрацию:

· в 20-29 раз при сохранении этого уровня более 2 суток;

· в 30-49 раз - от 8 часов и более;

· в 50 и более раз.

Визуальные признаки:

· появление устойчивого, не свойственного данной местности (сезону) запаха;

· обнаружение влияния воздуха на органы чувств человека - резь в глазах, слезотечение, затруднение дыхания, покраснение или другие изменения кожи (одновременно у нескольких десятков человек), рвота и др.;

· выпадение подкрашенных дождей и других атмосферных осадков, появление в осадках специфического запаха или несвойственного привкуса.

Оперативная информация содержит обобщенные результаты наблюдений за месяц в форме таблиц, справок. Режимная информация, содержащая оценку состояния загрязнения атмосферы, данные о средних и наибольших уровнях за длительный период (год), тенденцию изменения уровня в многолетнем режиме, обычно имеет форму обзоров, ежегодников.

Мониторинг на региональном уровне осуществляются в рамках выполнения совместных программ специализированными станциями, анализирующими содержание атмосферных примесей в приземном слое воздуха и атмосферных выпадениях на подстилающую поверхность. Данные о трансграничном загрязнении воздуха с помощью специальных самолетов-лабораторий.

Данные мониторинга, осуществляемого на региональном уровне учитываются в расчетах трансграничных потоков и выпадений загрязняющих веществ.

Мониторинг глобального загрязнения атмосферного воздуха осуществляется на фоновых станциях. В программу работ этих станций входит измерение наиболее важных загрязнителей, воздействующих на биоту.