2.3.1 Мониторинг источников загрязнения
Стокгольмская конференция (1972 г.) по окружающей среде положила начало созданию глобальных систем мониторинга состояния окружающей среды (ГСМОС/GEMS) , включая и систему наблюдения за состоянием атмосферного воздуха. Последняя является сложной информационной системой, оперирующей данными на всех земных масштабах и уровнях, начиная с глобального уровня и кончая имиактными уровнями.
Вообще удобно всю систему мониторинга воздушной среды представлять в виде пирамиды, на самом верху которой проводятся фоновые измерения в самых чистых местах планеты, удаленных от мест активной человеческой деятельности на тысячи километров (т.е. осуществляется глобальный фоновый мониторинг. Ниже на этой пирамиде располагается система регионального мониторинга, еще ниже - импактного. Последний термин происходит от английского слова " impact", которое означает непосредственное влияние (воздействие). Таким образом, системы импактного мониторинга географически размещаются в местах активной человеческой деятельности.
Система была бы неполной, если бы не включала наблюдение за источниками выбросов на самих предприятиях (мониторинг источников). Предполагалось, что такие наблюдения должны производиться на самих предприятиях имеющимися или создаваемыми там службами или с использованием внешних услуг. В условиях отлаженной экономики и развитой нормативно-правовой базы рыночных стран, последние довольно быстро (хотя и не безболезненно!) приспособились к контролю экологической обстановки фактически с двух сторон (имеется в виду сочетание контроля импактных зон и контроля на самом предприятии, которое, конечно, тоже входит в импактную зону).
Мониторинг источников на российских предприятиях также осуществляется внутренними службами. Однако это делается не повсеместно, а только на самых крупных, передовых предприятиях или предприятиях повышенной опасности. Более того, экономическая ситуация последнего времени стала главным препятствием на пути развития внутризаводского контроля источников выбросов. В реальности указанная пирамида мониторинга воздуха в России оказалась "повисшей в воздухе". Именно поэтому в проекте единой государственной системы экологических наблюдений (ЕГСЭН) мониторингу источников отведено важное место в общей системе экологических наблюдений.
Желательно изолировать все возможные источники газовых выбросов, а собранные газы направить на соответствующие системы очистки-обезвреживания. При этом могут быть достигнуты не только природоохранные цели, но и получена определенная экономическая выгода от рекуперации ценных компонентов. В таком случае говорят об организованных источниках газовых выбросов. К сожалению, далеко не все источники могут быть изолированы, т.е. организован целенаправленный отток газов через трубы и газоходы в очистное технологическое оборудование.
В зависимости от степени совершенства производства организованные источники по мощности составляют от 0 % (несовершенное производство) до почти 100 % (совершенное производство). Для российских предприятий эта цифра в среднем близка к 30 %. Оставшиеся 70 % газовых выбросов рассеиваются через окна, фонари и другие цеховые негерметичности. Так создается неорганизованный, как правило, площадной выброс.
По геометрическим особенностям источников их можно разделить на точечные, линейные и площадные. Условность этих понятий очевидна. Город, как источник загрязнения атмосферы, может рассматриваться как точка (на карте). В то же время его нельзя рассматривать как точку при описании распространения загрязняющих веществ на расстояния порядка диаметра самого города. В этом случае город - площадной источник. Пример линейного источника - автотрасса. Введенные понятия важны при моделировании процессов распространения примесей в атмосфере.
Типы загрязняющих веществ. Одновременно с характером источников важно учитывать степень консервативности 3В. Примесь считается полностью консервативной, если рассеиваемое в пространстве вещество не реагирует, не поглощается каплями дождя, не подвергается фотохимическим превращениям, не адсорбируется почвой и т.п. Такие вещества имеют очень большое время жизни в атмосфере и потому переносятся на большие расстояния воздушными потоками без изменения. Считают, что, если время жизни загрязняющего вещества превышает 1 год, то его можно отнести к глобальным. Глобальные 3В, будучи выброшенными в одном месте, через год настолько хорошо перемешиваются в атмосфере, что их концентрация становится практически одинаковой. Примером глобальных загрязняющих веществ (ГЗВ) могут служить СО2, фреоны и суперэкотоксиканты типа диоксинов, дибензофуранов и ПХБ. ГЗВ создают проблемы планетарного масштаба.
Региональные 3В обладают или меньшим временем жизни, или выбрасываются в количестве, которое значимо только в пределах региона, а не всей планеты; они возникают как результат peгиональной деятельности человека и создают проблемы регионального же уровня.
Локальные 3В обладают или еще меньшим временем жизни, или их количество так мало, что не следует учитывать воздействие таких 3В на региональном уровне. Воздействие этих 3В значимо только в данном месте. В подавляющем большинстве случаев местным комитетам по охране окружающей среды приходится иметь дело с локальными 3В.
Неконсервативные 3В, претерпевая физико-химические превращения, трансформируются в иные вещества и продукты, которые могут оказаться как менее, так и более токсичными, чем исходные (первичные 3В). Вторичные вещества и продукты, обладая иными свойствами, нежели первичные, находят свои геофизические и биологические барьеры, которые задерживают их от перемещения в пространстве. Для организации мониторинга (особенно комплексного, когда наблюдения ведутся по всем средам, включая и биотическую) очень важно обнаружить эти барьеры, ибо 3В накапливаются именно на барьерах и в их ближайших окрестностях. Такая идеология делает мониторинг гораздо более дешевым, поскольку открывает способ мониторинга, не требующий подробного наблюдения за загрязненностью сред в пространстве и во времени.
Известно, что эффективный перенос 3В на большие расстояния в пространстве осуществляется главным образом по воздуху даже для тех веществ, которые имеют очень малые парциальные давления своих паров (например, ПХБ, диоксины). Однако в этом случае перенос осуществляется в адсорбированном на аэрозольных частицах состоянии, а депонирующими элементами экосистем становятся барьеры (почвы, донные отложения, места скопления мортмассы животных и растительных организмов и т.д.)
Далеко не все 3В следует рассматривать в качестве объектов наблюдений в различных программах мониторинга, а лишь приоритетные. Это вызвано прежде всего сильно различающимися эффектами 3В на здоровье человека. Поскольку программы мониторинга, о которых идет речь в данном пособии, направлены именно на сохранение здоровья человека (гомоцентрическая концепция мониторинга), то главным при определении приоритетности являются санитарно-гигиенические аспекты. Вообще же методология выбора приоритетных веществ продемонстрирована группой экспертов, готовивших решения уже названной Стокгольмской конференции (группа экспертов, работавшая до 1972 г. в Найроби). Согласно этой методологии, определяющими факторами при выборе проритетности веществ являются следующие:
1) размер фактического или потенциально возможного возействия на здоровье человека, на климат и на экосистемы;
2) склонность 3В к деградации или накоплению в тканях человека и элементах его трофических цепей;
3) возможность трансформации 3В в различных средах и системах, а также возможность образования вторичных 3В более токсичных или более склонных к накоплению в тканях человека;
4) мобильность 3В;
5) фактические или возможные тренды концентраций 3В в окружающей среде;
6) частота воздействия;
7) возможность наблюдения за 3В.
2.3.2 Особенности мониторинговых программ
Рассмотрим системный подход к анализу данных наблюдений в различных программах мониторинга и выявим, какие особенности вносит фактор географического масштаба наблюдений в исполнение той или иной программы.
Мониторинг источников. Состав газовых выбросов в источнике полностью определяется в качественном и количественном отношениях технологией и ее совершенством. Уровни концентраций 3В в источнике превышают ПДКсс в десятки тысяч раз. Аналитическая задача не сложна, поскольку состав известен и достаточно стабилен, а уровни концентраций высоки и не требуют предварительного концентрирования пробы. Вес трудности связаны с взятием представительной пробы из источника, поскольку газовые потоки часто гетерогенны, нагреты до высокой температуры и неоднородны по времени и диаметру газохода. Здесь перспективны неконтактные методы анализа, не требующие взятия проб. Данный уровень мониторинга в этом пособии не рассматривается.
Импактный мониторинг. Состав и уровни концентраций в значительной мере (но не полностью) определяются технологиями производств, создающих загрязнение. В данном случае физико-химические процессы в окружающей среде и метеорологические условия начинают играть существенную роль в создании наблюдаемых уровней концентраций 3В. Последние иногда превышают ПДКсс в десятки раз. Наблюдается тесная связь между расположением источников, их характеристиками, направлением и скоростью ветра и полями концентраций 3В. Наблюдения осуществляются на стационарных, передвижных и подфакельных постах. Стационарные посты оборудованы метеорологической аппаратурой и приборами для контроля за 3-4 приоритетными веществами. Передвижные посты - лаборатории на колесах, служащие для уточнения мест расположения стационарных постов. Такое уточнение требуется в связи с динамичностью хозяйственной деятельности и изменениями характера застройки. Подфа-кельные посты следят за распространением выбросов из заводских труб, сообщая о случаях критических ситуаций особенно в условиях НМУ. Такие службы также снабжены передвижными лабораториями.
Региональный мониторинг. Значительное удаление от предприятий приводит к тому, что уровни концентраций 3В оказываются ближе к фоновым, обычно в пределах ПДКсс или даже ниже. Аналитическая задача усложняется не только вследствие необходимости предварительного концентрирования примесей, но и сильной вариабельности их величин и качественного состава. Мониторинг в этом случае относится к аэроаналитическим задачам, в которых роль воздушных течений исключительно велика. Необходим учет всей региональной деятельности, включая и сельскохозяйственную, при этом прямую связь между загрязнением атмосферы и конкретными технологиями установить нелегко. Обычно приходится иметь дело с целым рядом вторичных веществ, возникших в результате фотохимических и биологических процессов.
Региональный мониторинг дает возможность стыковать данные импактного и данные глобального фонового мониторинга, а также позволяет выявить основные пути распространения 3В на большие расстояния. Непосредственные сведения о состоянии загрязнения атмосферы на региональном уровне могут быть получены по данным наблюдений в небольших населенных пунктах, расположенных вдали от крупных городов, при условии, что источники загрязнения воздуха в этих пунктах отсутствуют. Сведения о региональном фоновом загрязнении атмосферы получаются также из данных сети постов наблюдений за трансграничным переносом загрязняющих веществ.
Косвенным показателем состояния загрязнения атмосферы могут служить данные о химическом составе проб атмосферных осадков и снежного покрова. Эти данные характеризуют загрязнения слоя атмосферы, в котором образуются облака, происходит газовый обмен и из которого выпадают осадки и сухие вещества в отсутствие осадков.
Данные о содержании веществ в снежном покрове являются важнейшим материалом для оценки регионального загрязнения атмосферы в зимний период на больших территориях страны и выявления ареала распространения загрязняющих веществ от промышленных центров и городов. Химический анализ содержания вредных веществ осуществляется методами, используемыми при исследовании либо проб атмосферных осадков, либо проб воздуха.
Глобальный мониторинг. Рост выбросов вредных веществ в атмосферу в результате процессов индустриализации и урбанизации ведет к увеличению содержания примесей на значительном расстоянии от источников загрязнения и к глобальным изменениям в составе атмосферы, что в свою очередь может привести к многим нежелательным последствиям, в т.ч. и к изменению климата. В связи с этим необходимо определять и постоянно контролировать уровень загрязнения атмосферы далеко за пределами зоны непосредственного действия промышленных источников и тенденцию его дальнейших изменений.
Всемирной метеорологической организацией (ВМО) в шестидесятые годы была создана мировая сеть станций мониторинга фонового загрязнения атмосферы (БАТТМоН). Ее цель состояла в получении информации о фоновых уровнях концентрации атмосферных составляющих, их вариациях и долгопериодных изменениях, по которым можно судить о влиянии человеческой деятельности на состояние атмосферы.
Нарастающая острота проблемы загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе привела к созданию в семидесятые годы комитета ООН по окружающей среде (UNEP), которым было принято решение о создании Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС), предназначенной для наблюдения за фоновым состоянием биосферы в целом и в первую очередь за процессами ее загрязнения.
Станции фонового мониторинга атмосферы (станции БАП-МоН) ответственны за проведение наблюдений и своевременную отправку полученных первичных данных в курирующие их управления по гидрометеорологии (УГМ) и Главную геофизическую обсерваторию (ГТО) им. А.И.Воейкова.
На УГМ возлагаются задачи по обеспечению и контролю работы фоновых станций, а также по внедрению на них предлагаемых для сети новых методов контроля фонового состояния атмосферы. ГГО является национальным научно-методическим центром работ по фоновому мониюрингу атмосферы в рамках программы БАП-МоН.
Размещение станций. Станции комплексного фонового мониторинга (СКФМ) по своим ландшафтным и климатическим характеристикам должно быть репрезентативным для данного региона.
После выбора района необходимо учесть имеющиеся на данной территории источники загрязнения. При наличии крупных локальных источников (административно-промышленных центров с населением более 500 тыс.человек) расстояние до наблюдательного полигона СКФМ должно составлять не менее 100 км. Если это выполнить невозможно, то следует расположить СКФМ таким образом, чтобы повторяемость воздушного потока, обусловливающего перенос загрязняющих веществ от источника в направлении станции, не превышала 20-30%.
СКФМ включает стационарный наблюдательный полигон и химическую лабораторию. Наблюдательный полигон составляют пробоотборные площадки, гидропосты и в ряде случаев наблюдательные скважины. На полигоне выполняется отбор проб атмосферного воздуха и атмосферных осадков, вод, почв, растительности, а также проводятся гидрометеорологические и геофизические измерения.
Площадка размером 50x50 м, на которой размещаются пробоотборные установки и измерительные приборы, называется опорной (базовой) площадкой фоновой станции. Она должна находиться на ровном участке ландшафта с малой степенью закрытости горизонта, вдали от строений, лесных полос, холмов и других препятствий, способствующих возникновению локальных орографических возмущений. Площадку оборудуют установками для отбора проб воздуха, осадкосборниками, газоанализаторами, типовым комплектом метеорологических приборов.
Химическая лаборатория станции располагается на расстоянии не ближе 500 м от опорной площадки, в лаборатории проводятся обработка и анализ той части проб, которая не подлежит пересылке в региональную лабораторию: содержание в атмосферном воздухе взвешенных частиц (пыли), сульфатов и диоксида серы; измерение рН, электропроводности, концентрации анионов и катионов в атмосферных выпадениях.
Станции БАПМоН - фоновые станции подразделяются на три категории: базовые, региональные и континентальные.
Базовые станции следует располагать в наиболее чистых местах, в горах, на изолированных островах. Основной задачей базовых станций является контроль за глобальным фоновым уровнем загрязнения атмосферы, не испытывающем влияния никаких локальных источников.
Региональные станции должны находиться в сельской местности, не менее чем в 40 км от крупных источников загрязнения. Их целью является обнаружение в районе станции долгопериодных колебаний атмосферных составляющих, обусловленных изменениями в использовании земли и другими антропогенными воздействиями.
Континентальные станции охватывают более широкий спектр исследований по сравнению с региональными станциями. Они должны размещаться в отдаленных районах, чтобы в радиусе 100 км не было источников, которые могли бы повлиять на локальные уровни загрязнения.
2.3.3 Программы наблюдения на станциях комплексного фонового мониторинга
На станциях КФМ реализуется один из принципов фонового мониторинга - комплексное изучение содержания загрязняющих веществ в компонентах экосистем. В связи с этим программа наблюдений на СКФМ включает систематические измерения содержания загрязняющих веществ одновременно во всех средах (см.Табл.Ю), дополненные гидрометеорологическими данными.
Перечень включенных в программу веществ составлен с учетом таких их свойств, как распространенность и устойчивость в окружающей среде, способность к миграции на большие расстояния, степень негативного воздействия на биологические и геофизические системы различных уровней.
В атмосферном воздухе подлежат измерению среднесуточные концентрации:
1) взвешенных веществ;
3) оксидов углерода и азота;
4) диоксида серы;
5) сульфатов;
6) 3,4- бенз(а)пирена;
7) ДДТ и других хлорорганических соединений;
8) свинца, кадмия, ртути, мышьяка;
9) показателя аэрозольной мутности атмосферы;
В атмосферных осадках подлежат измерению в суммарных месячных пробах концентрации:
1) свинца, ртути, кадмия, мышьяка;
2) 3,4-бенз(а)пирена;
3) ДДТ и других хлорорганических соединений –РН;
4) анионов и катионов.
Метеорологические наблюдения включают наблюдения за:
1) температурой и влажностью воздуха;
2) скоростью и направлением ветра;
4) облачностью (количеством, формой, высотой);
5) солнечным сиянием;
6) атмосферными явлениями (туман, метели, грозы, пыльные бури);
7) атмосферными осадками (количеством и интенсивностью);
8) снежным покровом (высотой, содержанием влаги);
9) температурой почвы (на поверхности и в глубине);
10) состоянием поверхности почвы;
11)радиацией (прямой, рассеяннной, суммарной и отраженной) и радиационным балансом;
12)градиентами температуры, влажности и скорости ветра на высоте 0,5- 10м;
13) градиентами температуры, влажности почвы на глубине 0-20см;
14) тепловым балансом.
В обязательную программу наблюдений на базовых станциях БАПМоН включены наблюдения за содержанием диоксида серы, аэрозольной мутностью атмосферы, радиацией, взвешенными аэрозольными частицами, химическим составом осадков (Таблица 2.6).
На региональных станциях программа наблюдения включает измерение атмосферной мутности, концентрации взвешенных аэрозольных чястиц, определение химического состава атмосферных осадков.
Любые наблюдения по программе фонового мониторинга должны сопровождаться обязательными метеорологическими наблюдениями. Поэтому фоновые наблюдения желательно проводить на базе метеорологических станций.
Таблица 2.6 – Список компонентов, подлежащих контролю на СКФМ
Сброс загрязняющих веществ может осуществляться в различные среды: атмосферу, воду, почву. Выбросы в атмосферу являются основными источниками последующего загрязнения вод и почв в региональном масштабе, а в ряде случаев и в глобальном.
В промышленных центрах степень загрязнения атмосферного воздуха может в ряде случаев превысить санитарно-гигиенические нормативы. Характер временной и пространственной изменчивости концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе определяется большим числом разнообразных факторов. Знание закономерностей формирования уровней загрязнения атмосферного воздуха, тенденций их изменений является крайне необходимым для обеспечения требуемой чистоты воздушного бассейна. Основой для выявления закономерностей служат наблюдения за состоянием загрязнения воздушного бассейна.
Служба наблюдений и контроля за состоянием атмосферного воздуха состоит из двух систем: наблюдений (мониторинга) и контроля. Первая система обеспечивает наблюдение за качеством атмосферного воздуха в городах, населенных пунктах и территориях, расположенных вне зоны влияния конкретных источников загрязнения. Вторая система обеспечивает контроль источников загрязнения и регулирование выбросов вредных веществ в атмосферу.
Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха проводятся в районах интенсивного антропогенного воздействия (в городах, промышленных и агропромышленных центрах и т.д.) и в районах, удаленных от источников загрязнения (в фоновых районах).
Фоновые наблюдения по специальной программе фонового экологического мониторинга проводятся в биосферных заповедниках и заповедных территориях.
В биосферных заповедниках осуществляется оценка и прогнозирование загрязнения атмосферного воздуха путем анализа содержания в нем взвешенных частиц, свинца, кадмия, мышьяка, ртути, бенз(а)пирена, сульфатов, диоксида серы, оксида азота, диоксида углерода, озона, ДДТ и других хлорорганических соединений. Программа фонового экологического мониторинга включает также определение фонового уровня загрязняющих веществ антропогенного происхождения во всех средах, включая биоты. Кроме измерения состояния загрязнения атмосферного воздуха, на фоновых станциях производятся также метеорологические измерения.
При наблюдении за фоновыми уровнями загрязнения атмосферного воздуха разрабатываются модели переноса примесей, и определяется роль в процессах переноса гидрометеорологических и техногенных факторов. На фоновых станциях исследуются и уточняются: критерии создания сети наблюдений, перечни контролируемых примесей, методики контроля и обработки данных измерений, способы обмена информацией и приборами, методы международного сотрудничества. Так, например, по международным соглашениям станция базисного и регионального мониторинга должна размещаться на расстоянии 40-60 км от крупных источников загрязнения с подветренной стороны. На территориях, примыкающих к станции, в радиусе 40-400 км не должен изменяться характер деятельности человека. Было также установлено, что пробы воздуха должны отбираться на высоте не менее 10 м над поверхностью растительности.
На станциях фонового мониторинга наблюдение за качеством атмосферного воздуха осуществляется по физическим, химическим и биологическим показателям.
Необходимость организации контроля загрязнения атмосферного воздуха в зоне интенсивного антропогенного воздействия определяется предварительными экспериментальными (в течение 1-2 лет) и теоретическими исследованиями с использованием методов математического и физического моделирования. Такой подход позволяет оценить степень загрязнения той или иной примесью атмосферного воздуха в городе или любом другом населенном пункте, где имеются стационарные и передвижные источники выбросов вредных веществ.
Для получения репрезентативной информации о пространственной и временной изменчивости загрязнения воздуха, нужно предварительно провести обследование метеорологических условий и характера пространственной и временной изменчивости загрязнения воздуха с помощью передвижных средств. Для этого чаще всего используется передвижная лаборатория, производящая отбор, а иногда и анализ проб воздуха во время остановок. Такой метод обследования называется рекогносцировочным. Он находит достаточно широкое применение за рубежом.
На карту-схему города (населенного пункта, района) наносится регулярная сетка с шагом 0,1; 0,5 или 1,0 км. На местности по специально разработанной программе случайного отбора проб отбираются и анализируются пробы в точках, совпадающих с узлами сетки, наложенной на карту-схему. Для получения статистически достоверных средних значений измеренных концентраций проводится анализ комбинаций точек на сетке, объединенных в квадраты, например, площадью 2-4 км 2 , с учетом направлений ветра по направлениям. Такой метод позволяет выявить как границы промышленных комплексов и узлов, так и зоны их влияния. При этом обеспечивается возможность сравнения полученных результатов с расчетными данными математических моделей. Использование методов моделирования в этих работах является обязательным.
Если обнаруживается, что существует вероятность роста концентрации примеси выше установленных нормативов, то за содержанием такой примеси в выявленной зоне следует установить наблюдение. Если же такой вероятности нет и отсутствуют перспективы развития промышленности, энергетики и автотранспорта, установление стационарных постов наблюдений за состоянием атмосферного воздуха нецелесообразно. Такой вывод не распространяется на организацию наблюдений за фоновым уровнем загрязнения воздуха вне населенных пунктов.
Установив степень загрязнения атмосферного воздуха всеми примесями, выбрасываемыми существующими и намечаемыми к строительству и пуску источниками, а также характер изменения полей концентрации примесей по территории и во времени, с учетом карт загрязнения воздуха, построенных по результатам математического и физического моделирования, можно приступить к разработке схемы размещения стационарных постов наблюдений на территории города и программы их работ. Программа разрабатывается исходя из задач каждого измерительного пункта и особенностей изменчивости концентрации каждой примеси в атмосферном воздухе.
При размещении постов наблюдений предпочтение отдается районам жилой застройки с наибольшей плотностью населения, где возможны случаи превышения установленных пороговых значений гигиенических показателей ПДК. Наблюдения должны проводиться за всеми примесями, уровни которых превышают ПДК.
В обязательном порядке измеряются основные, наиболее часто встречающиеся загрязняющие воздух вещества: пыль, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота. Выбор других веществ, требующих контроля, определяется спецификой производства и выбросов в данной местности, частотой превышения ПДК.
Важными методами контроля трансграничного переноса глобальных потоков примесей, переносимых на большие расстояния от места выброса, является система наземных и самолетных станций, сопряженных с математическими моделями распространения примесей. Сеть станций трансграничного переноса оборудуется системами отбора газа и аэрозолей, сбора сухих и мокрых выпадений анализа содержания примесей в отобранных пробах. Информация поступает в метеорологические синтезирующие центры, которые осуществляют:
· сбор, анализ и хранение информации о трансграничном переносе примесей в атмосфере;
· прогнозирование переноса примесей на основе метеорологических данных;
· идентификацию районов выбросов и источников;
· регистрацию и расчет выпадений примесей из атмосферного воздуха на подстилающую поверхность и другие работы.
В целях сопоставимости результатов наблюдений, полученных в разных географических и временных условиях, используются единые унифицированные методы отбора и анализа проб, обработки и передачи информации.
Информация, получаемая на сети наблюдений, по степени срочности подразделяется на три категории: экстренная, оперативная и режимная. Экстренная информация содержит сведения о резких изменениях уровней загрязнения атмосферного воздуха и передается в соответствующие (контролирующие, хозяйственные) организации незамедлительно. Оперативная информация содержит обобщенные результаты наблюдений за месяц, а режимная - за год. Информация по последним двум категориям передается заинтересованным и контролирующим организациям в сроки их накопления: ежемесячно и ежегодно. Режимная информация, содержащая данные о среднем и наибольшем уровнях загрязнения воздуха за длительный период, используется при планировании мероприятий по охране атмосферы, установлении нормативов выбросов, оценках ущерба, наносимого народному хозяйству загрязнением атмосферного воздуха.
Мониторинг состояния атмосферного воздуха в 2012 году осуществлялся на 36-и автоматических станциях контроля загрязнения атмосферы (АСКЗА), которые круглосуточно, в режиме реального времени измеряют содержание в атмосферном воздухе 22-х загрязняющих веществ, характерных для выбросов антропогенных источников Москвы, включая взвешенные частицы с размером менее 10 мкм и менее 2,5 мкм (РМ10 и РМ2,5 соответственно) и органические соединения. В 2012 году завершены работы по введению в эксплуатацию временно выводимой из эксплуатации в предыдущие годы АСКЗА «Люблино» в ЮВАО города Москвы. Станции расположены во всех округах, на разном удалении от центра города и охватывают различные функциональные зоны. Вблизи автотрасс расположено 3 станции и 7 станций на третьем транспортном кольце, на жилых территориях - 9, природных - 2, 9 станций расположены на жилых территориях, которые попадают под прямое влияние выбросов промышленных предприятий (по поведению группы «индикаторных» веществ при известных метеоусловиях прослеживается значимое влияние таких предприятий, как ОАО «Газпромнефть-Московский НПЗ», Курьяновские и Люберецкие очистные сооружения, ТЭЦ-26, ТЭЦ-21, полигоны твердых бытовых отходов в Кожухово и некоторые другие). Действуют две станции за чертой города для контроля переноса загрязнения и трехуровневая станция на Останкинской телебашне (в т.ч. для анализа влияния выбросов высоких труб ТЭЦ на формирование приземного уровня загрязнения). Характерные для выбросов большинства антропогенных источников загрязняющие вещества, такие как оксид углерода (СО), диоксид азота (NO 2), оксид азота (NO), сумма углеводородных соединений (CH x), озон (O 3), взвешенные вещества с размерами менее 10 мкм и менее 2,5 мкм (PM 10 и PM 2,5 соответственно), диоксид серы (SO 2), контролируется на всей территории города, содержание специфических веществ (H 2 S, NH 3) контролируется вблизи источников, на третьем транспортном кольце измеряется 16 загрязняющих веществ (в том числе формальдегид, фенол, бензол, толуол, стирол, этилбензол и т.д.).
По обеспеченности Москвы автоматическими станциями, контролируемым параметрам, методам и средствам контроля московская система мониторинга также соответствует требованиям директив ЕС (Dir. 2008/50/EC).
Измерения на станциях осуществляется в соответствии с федеральными требованиями к единству измерений, приборы регулярно калибруются и проходят поверку. Ранее, в 2011 году, приборы ГПБУ «Мосэкомониторинг» прошли межлабораторные сравнительные испытания в рамках организованной Центром сотрудничества с ВОЗ при Федеральном агентстве по окружающей среде Федеративной республики Германия Европейской интеркалибровки автоматических приборов измерения озона, оксида углерода, оксида и диоксида азота, а также диоксида серы (в интекралибровке принимали участие лаборатории стран Европейского региона ВОЗ).
Данные о загрязнении атмосферного воздуха от АСКЗА в режиме реального времени поступают в Единый городской фонд данных экологического мониторинга (на сервер ГПБУ «Мосэкомониторинг»). В информационно-аналитическом центре осуществляется хранение, анализ и обработка данных мониторинга. Ежедневно проводятся работы по обеспечению качества данных. Деятельность по обеспечению качества включает в себя обеспечение качества измерений (эксплуатацию средств измерений) и ежедневный контроль качества данных (более 51 тыс показателей за сутки), ежегодную ратификацию данных.
Кроме измерений концентраций загрязняющих веществ на автоматических станциях осуществляется контроль метеорологических параметров, влияющих на условия рассеивания вредных примесей. Результаты измерений необходимы для анализа данных мониторинга загрязнения атмосферного воздуха и развития методик прогноза загрязнения атмосферы. На всех станциях контролируются скорость и направление ветра, температура, давление влажность. С Останкинской телебашни (высотный пост) поступают данные о профиле температуры и ветра до высоты 503 м, а также давление, влажность и температура «точки росы» на приземном уровне. Установлены метеорологический акустический радар (содар) «Волна-4» и температурный профилемер МТП-5, которые в режиме реального времени измеряют профили температуры и ветра и позволяют определять интенсивность вертикального перемешивания воздуха и высоту слоя перемешивания, 9 автоматических осадкомеров.
Созданное программное обеспечение позволят оперативно выявлять нарушение установленных нормативов допустимого содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, проводить статистический анализ рядов измерений.
автоматический контроль мониторинг воздух
Региональные проблемы, связанные с составом атмосферного воздуха, необходимо рассматривать без отрыва от особенностей человеческой деятельности и природных условий.
Несмотря на различия климата, метеорологических, природных и ландшафтных условий существует много общего в составе и в закономерностях атмосферных процессов в урбанизированных регионах. Именно это позволяет обсуждать проблему с детерминистических позиций и осуществлять мониторинг, который, как говорилось, состоит из трех этапов: наблюдения, оценки и прогноза состояния атмосферы городов, пригородных регионов и переходных зон между местами активной человеческой деятельности и местами ее полного отсутствия.
Одним из основных по массе ЗВ является углекислый газ. Вместе с кислородом это один из биогенов атмосферы, который в основном контролируется биотой. В XX в. наблюдался рост концентрации С0 2 , которая в течение века увеличилась почти на 25 %.
Вклад России в выбросы углерода в атмосферу весьма велик и составляет около 800 млн т/год, т. е. несколько менее 13 % общего количества выбрасываемого в атмосферу углерода. Одной из причин увеличения концентрации С0 2 является вырубка леса - около 50 млн т/год, другая причина - потери гумуса на пашне - около 80 млн т/год. На осушенных территориях идет «сгорание торфа» за счет деятельности грибов и микроорганизмов (площадь осушения составляет 6,2 млн га), однако ежегодный выброс углерода оценить трудно. Также трудно оценить выбросы диоксида углерода в результате его частичного высвобождения из холодных ловушек заболоченных территорий России, но величина может достигать сотен миллионов тонн в год.
Процессы, идущие на заболоченных и переувлажненных территориях Севера России, способствуют и выбросам другого парникового газа - метана СН 4 , так как в результате антропогенного воздействия нарушается деятельность бактериального «метанового фильтра» в увлажненных грунтах. Другим источником метана служат утечки газов из скважин по добыче нефти и газа (главным образом, в Западной Сибири).
Важным парниковым газом (группой газов) являются хлорфто- руглероды - газы чисто антропогенного происхождения. Диоксид углерода, метан и хлорфторуглероды обеспечивают, соответственно, 49, 19 и 14 % возможного парникового эффекта.
Ведущая роль в выбросах парниковых газов принадлежит С0 2 , главным источником которого является энергетический сектор - сжигание ископаемого топлива (рис. 2.1). Некоторое уменьшение доли оксида азота N 2 0 в общем выбросе связано с уменьшением использования азотных удобрений, обусловленным экономическим положением сельхозпроизводителей.
Рис. 2.1. Антропогенный выброс парниковых газов в РФ без учета землепользования, изменений землепользования и лесного хозяйства
В 123 городах (54,2 млн человек, что составляет 52 % городского населения России) население находится под воздействием высокого и очень высокого загрязнения воздуха, из них в 13 субъектах (Москва, Санкт-Петербург, Астраханская, Новосибирская, Омская, Оренбургская, Самарская и Свердловская (и Екатеринбург) области, Камчатский и Хабаровский края, Чувашская Республика, Республика Хакасия и Таймырский АО) - более 75 % городского населения.
Приоритетный список городов России с очень высоким уровнем загрязнения воздуха (ИЗА > 14) в 2012 г. включал 28 городов с общим числом жителей в них 19,1 млн человек (рис. 2.2), а в 2013 г. - 30 городов с общим числом жителей в них 18,7 млн человек.
Почти во всех городах очень высокий уровень загрязнения связан со значительными концентрациями бенз(а)пирена, формальдегида, взвешенными веществами, диоксидом азота и фенолом (табл. 2.1).
В Приоритетный список вошли три города с предприятиями нефтехимической промышленности и нефтепереработки, шесть городов - с предприятиями цветной металлургии и химической промыш-
Число городов (%), где уровень загрязнения очень высокий (ИЗА>14) , высокий (7-13) . повышенный (5-6) , низкий (
Рис.
Таблица 2.1. Тенденция изменений средних концентраций примесей в городах РФ за период 2008-2012 гг.
ленности. Во многих городах определяющий вклад в загрязнение вносят предприятия ТЭК и автотранспорт.
Потоки воздуха разносят поллютанты далеко за пределы городов и промышленных зон, в результате чего ЗВ обнаруживаются на территории России практически повсеместно. Региональные особенности фонового загрязнения атмосферы на территории России соответствуют распределению населения и промышленности: наибольшим оно является в Европейской части, а в Сибири и на Дальнем Востоке, как правило, на порядок ниже.
На основной части территории России не отмечается значительного распространения кислых осадков (pH талых вод обычно составляет 5,5-6,0), которые выпадают в основном на северо-западе Европейской части России - в Карелии и на Кольском полуострове.
Организация наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01 - 86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов». Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы производятся на посту , представляющем собой заранее выбранное для этой цели место (точку местности), на котором размещается павильон или автомобиль, оборудованный соответствующими приборами.
Посты наблюдений устанавливаются трех категорий: стационарные, маршрутные и передвижные (подфакельные).
Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяются опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных измерений содержания основных и наиболее распространенных специфических загрязняющих веществ.
Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в том случае, когда невозможно (нецелесообразно) установить пост или необходимо более детально изучить состояние загрязнения воздуха в отдельных районах, например в новых жилых районах.
Передвижной (подфакельный) пост служит для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника промышленных выбросов.
Стационарные посты оборудованы специальными павильонами, которые устанавливают в заранее выбранных местах. Наблюдения на маршрутных постах проводятся с помощью передвижной лаборатории, оснащенной необходимым оборудованием и приборами. Маршрутные посты также устанавливают в заранее выбранных точках. Одна машина за рабочий день объезжает 4...5 точек. Порядок объезда автомашиной выбранных маршрутных пестов должен быть одним и тем же, чтобы определение концентраций примесей проводилось в постоянные сроки. Наблюдения под факелом предприятия также ведутся с помощью специально оборудованной автомашины. Подфакельные посты представляют собой точки, расположенные на фиксированных расстояниях от источника. Они перемещаются в соответствии с направлением факела обследуемого источника выбросов.
Каждый пост независимо от категории размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке (на асфальте, твердом грунте, газоне).
Стационарный и маршрутный посты организуются в местах, выбранных с учетом обязательного предварительного исследования загрязнения воздушной среды города промышленными выбросами, выбросами автотранспорта, бытовыми и другими источниками, а также с учетом изучения метеорологических условий рассеивания примесей путем эпизодических наблюдений и расчетов полей максимальных концентраций примесей. При этом следует учитывать повторяемость направления ветра над территорией города. В определенных направлениях выбросы от многочисленных предприятий могут создавать общий факел, соизмеримый с факелом крупного источника. Если повторяемость таких направлений ветра велика, то зона наибольшего среднего уровня загрязнения будет формироваться на расстоянии 2...4 км от основной группы предприятий, причем иногда она может располагаться и на окраине города. Для характеристики распределения концентрации примеси по городу посты необходимо устанавливать в первую очередь в тех жилых районах, где возможны наибольшие средние уровни загрязнения, затем в административном центре населенного пункта и в жилых районах с различными типами застройки, а также в парках и зонах отдыха. К числу наиболее загрязненных районов относятся зоны наибольших максимальных разовых и среднесуточных концентраций. Эти концентрации создаются выбросами промышленных предприятий. Такие зоны находятся на расстоянии 0,5... 2 км от низких источников выбросов и 2... 3 км от высоких. Такие концентрации могут создавать также магистрали интенсивного движения транспорта, поскольку влияние автомагистрали обнаруживается лишь в непосредственной близости от нее (на расстоянии 50... 100 м).
Регулярные наблюдения на стационарных постах проводятся по одной из четырех программ наблюдений: полной (П), неполной (НП), сокращенной (СС), суточной (С).
1.Полная программа наблюдений предназначена для получения информации о разовых и среднесуточных концентрациях. Наблюдения в этом случае выполняются ежедневно путем непрерывной регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно, через равные промежутки времени, не менее четырех раз при обязательном отборе проб в 1, 7, 13и19ч по местному декретному времени.
2.По неполной программе наблюдения проводятся с целью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7, 13 и 19 ч местного декретного времени.
3.По сокращенной программе наблюдения проводятся с целью получения информации только о разовых концентрациях ежедневно в 7 и 13 ч местного декретного времени. Наблюдения по сокращенной программе допускается проводить при температуре воздуха ниже 45 °С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 максимальной разовой ПДК или меньше нижнего предела диапазона измерений концентрации примеси используемым методом.
Допускается проводить наблюдения по скользящему графику: в 7, 10 и 13 ч - во вторник, четверг и субботу, в 16, 19 и 22 ч - в понедельник, среду и пятницу. Наблюдения по скользящему графику предназначены для получения информации о разовых концентрациях.
4.Суточная программа отбора проб предназначена для получения информации о среднесуточной концентрации. В отличие от полной программы наблюдения в этом случае проводятся путем непрерывного суточного отбора проб, при этом исключается получение разовых значений концентрации. Все программы наблюдений позволяют получать информацию о среднемесячных, среднегодовых и средних концентрациях за более длительный период.
