Особенности проведения мониторинга окружающей среды
Последний этап проведения аварийно-восстановительных работ – оценка загрязнения окружающей среды и проведение при необходимости рекультивации загрязненной местности.
Для того, чтобы оценить экологические последствия чрезвычайной ситуации, вызванной аварией на нефтепроводе, необходимо произвести мониторинг окружающей среды.
По определению –– «мониторинг окружающей среды – это информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов».
Мониторинг окружающей среды включает в себя следующие основные этапы:
1. Изучение загрязненной местности: истории, геологии, гидрогеологии, карт.
2. Определение мест взятия проб (составление плана отбора проб) почвы, поверхностной воды, донных отложений, грунтовых вод и атмосферного воздуха.
3. Отбор проб на местности.
4. Контроль на месте отобранных проб воды по следующим показателям: растворенный кислород, рН, проводимость, температура и т.д..
5. Проведение аналитических, лабораторных анализов для определения концентраций вредных веществ.
6. Сравнение полученных концентраций показателей со значениями их предельно-допустимых концентраций (ПДК).
7. Определение по полученным результатам местности с превышением ПДК вредных веществ;
8. Выбор (при необходимости) методов рекультивации (очистки) загрязненных мест.
9. Проведение ре-культивационных работ на местности.
6. Составление плана отбора проб
Надежность результатов мониторинга окружающей среды зависит от способа отбора проб различных сред. При этом, отбор проб является весьма ответственной операцией, так как правильный выбор способа и места отбора может способствовать большей надежности и регламентированности контроля.
Мониторинг загрязнения атмосферы, почвы и воды начинают со знакомства с местом проведения наблюдений и с выбора места отбора проб (т. е. составляют «план отбора проб»). При анализе объектов окружающей среды очень важным фактором является условие хранения проб. Отобранная проба должна быть защищена от воздействия атмосферного воздуха и других загрязнителей.
При анализе поверхностных и грунтовых вод, с целью сохранения постоянства свойств и исследуемых компонентов, после отбора проб при необходимости проводят консервацию, так как при хранении и транспортировке возможны потери легко летучих компонентов или изменение состава в результате химических реакций между ними. В качестве консервирующих веществ рекомендованы различные соединения (азотная, серная кислота, четыреххлористый углерод и т. д.) Правила отбора проб, методы и сроки хранения и консервации (см. Приложение 3) регламентируются в методиках и ГОСТах по контролю различных веществ в окружающей среде.
Кроме того, окончательные результаты мониторинга зависят и от правильно выбранных методиках дальнейшего аналитического определения концентраций загрязняющих веществ.
Подготовка и проведение полевых работ на объекте обязательно должны включать в себя следующие мероприятия:
1. Разработка плана отбора проб.
2. Проведение отбора проб и консервации их для дальнейшего выполнения аналитических анализов.
3. Проведение полевых и лабораторных анализов по основным веществам-загрязнителям.
4. Заполнение сопроводительных документов.
Следует отметить, что для того, чтобы провести полный мониторинг на загрязненной местности, необходимо составить план и произвести отбор проб почвы, поверхностных вод и донных отложений, грунтовых вод и атмосферного воздуха. Для этого необходимо учесть возможную миграцию загрязняющих веществ (почва, ее структура, водоносные слои и направления их потока, геология, господствующие ветры, а также флору и фауну, см. Приложение 1).
Пробы почвы отбираются по определенной схеме с поверхности с помощью лопаты или других специальных инструментов на глубину 5–20 см, пробы глубинного загрязнения почвы отбирают во время проведения бурения контрольных скважин на глубине до 2 м, не менее, чем в пяти местах по длине скважины (до уровня грунтовых вод).
Поверхностные воды отбираются с поверхности озер, рек и т. д. с помощью специальных бутылей, а с глубины с помощью специальных устройств, называемых батометрами.
Грунтовые воды отбираются из пробуренных в выбранных местах контрольных скважин с помощью специальных насосов.
Отобранная проба воды должна с наиболее возможной полнотой представлять основные показатели химического состава поверхностных или грунтовых вод в данный момент или за определенный промежуток времени. Способы отбора, консервации и хранения проб должны гарантировать неизменность химического состава в интервале между отбором проб и их анализом. План отбора проб (место отбора, его продолжительность, периодичность, способ отбора, обработки и подготовки, перечень контролируемых параметров) определяется поставленными задачами и регламентируется отраслевыми стандартами.
Место отбора пробы поверхностной воды выбирается с учетом территории загрязнения объекта, к местам отбора проб должен быть свободный доступ. Проба отбирается в непосредственной близости от источника загрязнения, для оценки влияния источника загрязнения на открытые водотоки (реки и т. д.). Отбирают несколько проб – в месте загрязнения, выше и ниже источника загрязнения, (на расстоянии до 500 м). Пробу отбирают пробоотборником на глубине 0,3–0,5 м от поверхности, а в зимний период – у нижней кромки льда. На небольших водотоках пробы отбираются на середине водотока. На реках шириной 20 м и более – у обоих берегов и на середине реки.
Место отбора проб грунтовой воды связанно с необходимостью проведения дорогостоящих буровых работ. Выбор места бурения скважины определяется направлением потока грунтовых вод, который обычно совпадает с уклоном рельефа (направлением течения речной воды, а также необходимостью получить как можно больше информации о распространении загрязнения в грунтовых водах с наименьшими финансовыми затратами).
Виды проб: различают простую и смешанную пробу.
Простая проба характеризует состав воды в данный момент времени в данном месте. Ее получают однократным отбором требуемого количества воды.
Смешанную пробу получают, сливая простые пробы, взятые в одном и том же месте через определенные промежутки времени или отобранные в различных местах обследуемого объекта. Эта проба должна характеризовать средний состав воды объекта или средний состав за определенный период времени (за час, день и т. д.), но не более суток. Смешанную пробу нельзя применять для определения компонентов и характеристик воды, легко подвергающихся изменению(растворенные газы, растворенный кислород, рН и т. д.).
Частота отбора проб: если в результате проведенных анализов обнаружено изменение состава или свойства воды, превышение ПДК вредных веществ, производят учащенный отбор проб в одних и тех же определенных местах (один раз в день в течении недели), с соответствующей корректировкой частоты отбора после стабилизации контролируемых показателей.
Устройства и способы отбора проб:
Отбор проб для каждого показателя должен производиться в отдельные чистые сосуды однократным наполнением без перелива.
Перед началом отбора пробы посуду надо 2–3 раза ополоснуть анализируемой водой.
Пробу воды для определениянефтепродуктов надо отбирать в отдельную проградуированную стеклянную посуду, не ополаскивая ее анализируемой водой, т. к. нефтепродукты сорбируются на стенках сосуда. Пробу используют целиком и при проведении экстракции обмывают стенки этого сосуда порцией растворителя, присоединяя ее потом к основной массе экстракта. Для определения содержания нефтепродуктов отбирают обычно 1 л воды.
Во время проведения отбора проб на местности заполняются сопроводительные документы, указанные в отраслевых стандартах. Они должны включать в себя сведения о количестве и размерах проб, порядке их сбора, месте их сбора, любых полевых измерениях, также должны быть указаны физические, метрологические и гидрологические переменные, время сбора и фамилия проводящего сбор проб.
Транспортировка проб может осуществляться любым видом транспорта, кроме общественного.
Техника безопасности: в связи с тем, что пробы могут содержать токсичные или воспламеняющиеся вещества или представлять опасность микробиологического и вирусного характера, при их сборе необходимо соблюдать особую осторожность, используя резиновые перчатки, респиратор, резиновые сапоги. После отбора проб необходимо тщательно вымыть руки мылом и протереть спиртом. Отбор проб поверхностных вод должны производить не менее двух человек.
7. Основные показатели загрязнения поверхностных вод
Для проведения предварительной оценки состояния поверхностного водоема необходимо в качестве основных показателей выбрать такие, которые могут позволить с одной стороны – провести мало затратный мониторинг качества воды, с другой – получить максимум достоверной информации. К таким показателям относятся: водородный показатель (рН), растворенный кислород, удельная электропроводность. Ниже приведены сведения о таких общих показателях загрязнения водной среды, они все определяются непосредственно в местах отбора проб, так как сильно зависят от температуры и быстро изменяются.
Водородный показатель (рН).Одним из таких общих показателей свойств воды водного объекта является водородный показатель (рН). Для хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоемов в черте населенных мест, в соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов величина рН не должна выходить за пределы интервала значений 6,5 – 8,5.
Для нейтральной воды рН =7, для кислой – рН< 7 и для щелочной – рН > 7.
Понятие рН: вода является слабым электролитом. Ее диссоциацию можно выразить уравнением:
Н2ОÛН+ + ОН– (1)
При 25°С в 1 л воды распадаются на ионы 10-7 моль Н2О. Концентрация ионов Н+ и ОН- (в моль/л) будет равна:
[Н+ ] = [ОН–] = 10–7 (2)
Чистая вода имеет нейтральную реакцию. При добавлении в нее кислоты концентрация ионов водорода увеличивается, т. е.:
[Н+ ] > 10–7 моль/л (3)
При добавлении щелочи концентрация ионов ОН- увеличивается, т. е.
[ОН –] > 10–7 моль/л, следовательно, [Н+ ] < 10 моль/л (4)
Концентрация ионов водорода характеризует кислотность или щелочность раствора. На практике для выражения кислотности или щелочности вместо величины концентрации ионов водорода используют ее отрицательный десятичный логарифм, который называют водородным показателем и обозначают рН:
рН = - lg[H+] (5)
В большинстве природных вод рН находится в пределах от 6.5 до 8.5 и зависит от соотношения концентраций свободного диоксида углерода и бикарбонат иона. Более низкие значения рН могут наблюдаться в кислых болотных водах. Летом при интенсивном фотосинтезе рН может повышаться до 9,0. На величину рН влияет также содержание гидроокисей, солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и т. д.
В результате происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты, рН воды может быстро изменяться и этот показатель следует определять сразу же после отбора пробы, желательно на месте отбора.
Растворенный кислород.Концентрация кислорода определяет величину окислительно-восстановительного потенциала и в значительной мере направление и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Кислород попадает в воду при ее контакте с воздухом, его содержание зависит от температуры и давления. В артезианских водах кислорода не наблюдается, а в поверхностных – его концентрации довольно велики. В поверхностных водах содержание кислорода уменьшается при наличии организмов брожения, гниения и т. п. Резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение, в частности нефтепродуктами.
Кислородный режим оказывает большое влияние на жизнь водоема. Концентрация растворенного кислорода зависит от температуры воды, времени суток, экологического состояния водоема. ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения, а также для водоемов культурно-бытового пользования должно быть ³ 4 мг/дм3.
Электропроводность.Электропроводность – это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Нормируемые величины минерализации, так называемая «удельная электропроводность» - соответствуют для природных пресных вод: 2мСм/см и 3мСм/см для хлоридной и карбонатной минерализации. Более высокие значения считаются загрязнением.
Величина удельной электропроводности служит приблизительным показателем суммарной концентрации электролитов, главным образом неорганических и используется при мониторинге для оценки общей минерализации вод. Удельная электропроводность – удобный суммарный индикаторный показатель антропогенного воздействия.
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Порядок выполнения работы.
1. Записать в отчет порядок проведения аварийно-спасательных работ в месте аварии (используя теоретические данные, приведенные в разделе 1.2), нарисовать схему ликвидации последствий аварии (Рис.1).
2. Описать мероприятия, проводимые при мониторинге окружающей среды (данные из раздела 1.3).
3. Разработать план отбора проб поверхностной и грунтовой воды на месте аварии. Для чего заполнить таблицу (Приложение 4) по указанным контролируемым показателям.
Пробы поверхностной воды (река) будут контролироваться по следующим показателям: рН, растворенный кислород, удельная электропроводность. Отобранные пробы грунтовой воды будут контролироваться на присутствие нефти. В последней графе таблицы указать координаты мест отбора проб поверхностной (3 точки) и грунтовой (4 скважины) воды.
Примечание:В Приложении 2 дано схематическое изображение территории, на которой произошла авария линейного нефтепровода. План разбит на квадраты, указан масштаб местности, на нем указаны места расположения контрольных скважин для мониторинга грунтовых вод, направление потока грунтовых вод и т. д.
Пользуясь полученными в теоретической части данными по методам проведения отбора проб и картой места аварии необходимоопределить места (№ квадратов) отбора проб поверхностной (3 точки) и грунтовой воды (4 скважины) и внести их в таблицу (Приложение 4).
8. Дать оценку экологического состояния поверхностной воды (реки) после аварии на нефтепроводе.
Для выполнения задания, полученные после проведения анализа поверхностной воды данные – значения концентрации растворенного кислорода, рН, проводимости (Приложение 7) занести в таблицу из Приложения 5. Затем сравнить заданные концентрации с соответствующими значениями ПДК (Приложение 6). Указать в выводах, во сколько раз превышены нормы для каждого показателя, и о наличии каких загрязняющих веществ говорят эти превышения.
Примечание:Для чистой воды должно выполнятся следующее условие:
Сi /ПДКi £ 1 (6)
где Сi – концентрация i-го вещества, мг/дм3; ПДКi – предельно-допустимая концентрация этого вещества, мг/дм3.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Приложение 2
 |
где: а – место аварии на линейном нефтепроводе;
б – емкость для аварийного сбора нефти;
в – визуально оцениваемое пятно загрязнения;
г – направление потока грунтовых вод;
– скважины для контроля грунтовых вод;
– колодец с питьевой водой.
расстояние от нефтепровода до жилых домов – 2000 м;
средняя ширина речки – 15 м.
Приложение 3
Правила отбора проб, методы и сроки хранения и консервации
| Определя-емый ингредиент | Объем пробы, дм3 | Количество консерванта на 1 дм3 пробы | Посуда | Сроки и условия хранения |
| Вкус, запах, цветность. мутность, температура | Не консервируют | Стеклянная | Определение не позднее, чем через 2 часа после отбора пробы.Темпера-туру определяют сразу. | |
| Водородный показатель (рН) | Не консервируют | Стеклянная или полиэтиленовая | Определение проводят сразу на месте | |
| Удельная электро-проводность | Не консервируют | Стеклянная или полиэтиленовая | Определение проводят сразу на месте | |
| Растворенный кислород | Не консервируют | Стеклянная или поли- этиленовая | Определение проводят сразу на месте | |
| Нефть | Консервируют четыреххлористым углеродом (100 дм3) | Стеклянная широкогорлая банка | Экстракт можно хранить 2 недели в холодном месте |
Приложение 4
План отбора проб
| Контроли- руемый показатель | Тип пробы (простая, смешан-ная) | Вид вод (грунто-вые, по-верхност-ные) | Объем пробы, место проведения анализа (поле, лабо-ратория) | Методы консервации (при необхо-димости) | Места отбора проб (№ квадратов по схеме, приложение 2) |
| РН | |||||
| Растворенный кислород | |||||
| Удельная электро-проводность | |||||
| Нефть |
Приложение 5
Измеренные значения показателей поверхностной воды
| Измеряемый показатель пробы воды | Результаты замеров, проба №1 | Результаты замеров, проба №2 | Результаты замеров, проба №3 | Превышение значения ПДК (из 3х проб выбрать максимальное превышение) |
| Температура | ||||
| Удельная электропровод-ность, мСм\см | ||||
| Растворенный кислород, мг\дм3 | ||||
| рН |
Приложение 6
Значения ПДК для измеренных показателей
| Измеряемый показатель пробы воды | Значения ПДК для открытых водоемов |
| Температура, °С | |
| Удельная электропроводность, мСм\см | £0,3 |
| Растворенный кислород, мг\дм3 | ³ 4 |
| Водородный показатель (рН) | 6,5–8,5 |
Приложение 7
Исходные данные для проведения оценки состояния поверхностной воды
| Вариант № | № пробы | Температура, °С | Удельная электропро-водность, мСм\см | Растворенный кислород, мг\дм3 | рН |
| 0,25 | 0,37 | 7,5 | |||
| 0,42 | 0,25 | 7,9 | |||
| 0,30 | 0,28 | 7,6 | |||
| 0,33 | 0,3 | 8,5 | |||
| 0,53 | 0,25 | 9,0 | |||
| 0,42 | 0,28 | 8,6 | |||
| 0,22 | 0,25 | 7,5 | |||
| 0,35 | 0,22 | 6,8 | |||
| 0,28 | 0,23 | 7,2 | |||
| 0,30 | 0,48 | 8,3 | |||
| 0,45 | 0,42 | 8,5 | |||
| 0,41 | 0,50 | 8,1 | |||
| 0,28 | 0,5 | 7,5 | |||
| 0,30 | 0,28 | 7,1 | |||
| 0,25 | 0,35 | 7,4 | |||
| 0,30 | 0,4 | 8,4 | |||
| 0,36 | 0,3 | 9,1 | |||
| 0,33 | 0,38 | 8,8 | |||
| 0,25 | 0,43 | 6,5 | |||
| 0,28 | 0,28 | 6,0 | |||
| 0,24 | 0,33 | 6,3 | |||
| 0,23 | 0,38 | 7,5 | |||
| 0,45 | 0,56 | 6,3 | |||
| 0,33 | 0,45 | 6,8 |
Окончание приложения 7
| 0,28 | 0,5 | 7,8 | |||
| 0,29 | 0,25 | 8,9 | |||
| 0,27 | 0,35 | 8,5 | |||
| 0,32 | 0,45 | 8,5 | |||
| 0,45 | 0,23 | 6,5 | |||
| 0,35 | 0,38 | 6,8 | |||
| 0,28 | 0,6 | 8,1 | |||
| 0,46 | 0,4 | 9,4 | |||
| 0,43 | 0,38 | 8,6 | |||
| 0,48 | 0,58 | 7,5 | |||
| 0,30 | 0,38 | 6,1 | |||
| 0.28 | 0,45 | 6,6 | |||
| 0,25 | 0,57 | 7,5 | |||
| 0,32 | 0,45 | 5,9 | |||
| 0,30 | 0,48 | 6,6 | |||
| 0,30 | 0,45 | 8,5 | |||
| 0,43 | 0,35 | 8,9 | |||
| 0,32 | 0,38 | 8,6 | |||
| 0,22 | 0,55 | 7,5 | |||
| 0,55 | 0,32 | 6,5 | |||
| 0,28 | 0,33 | 7,2 | |||
| 0,28 | 0,5 | 7,5 | |||
| 0,30 | 0,28 | 7,1 | |||
| 0,25 | 0,35 | 7,4 | |||
| 0,30 | 0,46 | 8,5 | |||
| 0,46 | 0,30 | 9,3 | |||
| 0,43 | 0,33 | 8,8 | |||
| 0,25 | 0,43 | 6,5 | |||
| 0,28 | 0,28 | 6,0 | |||
| 0,24 | 0,33 | 6,3 | |||
| 0,23 | 0,38 | 7,5 | |||
| 0,45 | 0,56 | 6,3 | |||
| 0,33 | 0,45 | 6,8 | |||
| 0,28 | 0,5 | 7,8 | |||
| 0,29 | 0,25 | 8,9 | |||
| 0,27 | 0,35 | 8,5 | |||
| 0,30 | 0,45 | 8,5 | |||
| 0,45 | 0,23 | 6,5 | |||
| 0,35 | 0,38 | 6,8 | |||
| 0,25 | 0,37 | 7,5 | |||
| 0,42 | 0,25 | 7,9 | |||
| 0,30 | 0,28 | 7,6 | |||
| 0,30 | 0,3 | 8,5 | |||
| 0,53 | 0,25 | 9,0 | |||
| 0,42 | 0,28 | 8,6 | |||
| 0,22 | 0,25 | 7,5 | |||
| 0,35 | 0,22 | 6,8 | |||
| 0,28 | 0,23 | 7,2 | |||
| 0,30 | 0,48 | 8,3 | |||
| 0,45 | 0,42 | 8,5 | |||
| 0,41 | 0,50 | 8,1 | |||
| 0,28 | 0,5 | 7,5 | |||
| 0,30 | 0,28 | 7,1 | |||
| 0,25 | 0,35 | 7,4 |
Окончание приложения 7
| 0,30 | 0,4 | 8,4 | |||
| 0,36 | 0,3 | 9,1 | |||
| 0,33 | 0,38 | 8,8 | |||
| 0,25 | 0,43 | 6,5 | |||
| 0,28 | 0,28 | 6,0 | |||
| 0,24 | 0,33 | 6,3 | |||
| 0,23 | 0,38 | 7,5 | |||
| 0,45 | 0,56 | 6,3 | |||
| 0,33 | 0,45 | 6,8 | |||
| 0,28 | 0,5 | 7,8 | |||
| 0,29 | 0,25 | 8,9 | |||
| 0,27 | 0,35 | 8,5 |
Вопросы к зачету
1. Какие существуют основные механизмы миграции техногенных потоков нефти на местности и пути их возможного воздействия на человека?
2. Какие основные мероприятия выполняются при ликвидации аварийного состояния на нефтепроводе?
3. Какие основные этапы включает в себя мониторинг окружающей среды после проведения ремонтных работ на нефтепроводе?
4. Какие существуют особенности техногенного воздействия нефти на природную среду?
5. Какие существуют виды проб воды?
6. Каким образом проводится забор грунтовых и поверхностных вод?
7. Какие параметры определяются на месте отбора проб?
8. Какие показатели загрязнения водной среды относятся к общим показателям, для чего их определяют и о присутствии каких загрязнителей они говорят?
9. Как производят оценку состояния водных объектов?
Л и т е р а т у р а
1. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях.- Вып. 8., 1995.
2. Тютюнова Ф.И. Анализ химического состава подземных вод, загрязненных промышленными стоками. - М,: Стройиздат, 1974.
3. Инструкция по отбору проб для анализа сточных и поверхностных вод. - ГОСТ 24481-80.
4. Охрана природы. Гидросфера. Приборы и устройства для отбора, первичной обработки и хранения проб природных вод. - ОТУ ГОСТ 17.1.5.04-81.
5. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984.
6. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. - М.: МГУ, 1993.
7. Кисельман П.С. Защита окружающей среды при добыче, транспорте и хранении нефти и газа. - М.: Недра, 1981.